JP2021174868A - Manufacturing method of photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion element.
従来から、光電変換素子の基板として、安価かつ取り扱いが容易で、可撓性を有する金属基板を適用することが提案されている。例えば、特許文献1には、金属板上に絶縁材料からなる絶縁層を形成し、この絶縁層に裏面電極、光起電力層および透明電極層を順に積層した太陽電池が開示されている。特許文献1の開示では、絶縁層を第1の絶縁層と第2の絶縁層の積層構造とし、第2の絶縁層の形成により第1の絶縁層に存在するピンホール部の耐電圧を向上させている。なお、特許文献1において、金属板と裏面電極の間の耐電圧は150Vである。
Conventionally, it has been proposed to apply a flexible metal substrate as a substrate for a photoelectric conversion element, which is inexpensive and easy to handle. For example,
金属基板などの導電性基板上に絶縁層を形成した光電変換素子の製造工程では、絶縁層に直流電圧を印加するリペア工程により絶縁層の絶縁不良を改善することが必要に応じて行われている。リペア工程で絶縁層の絶縁不良が改善されると、絶縁層に起因して光電変換素子の出力特性が低下することを抑制でき、製品の歩留まりを向上させることができる。 In the manufacturing process of a photoelectric conversion element in which an insulating layer is formed on a conductive substrate such as a metal substrate, it is necessary to improve the insulation defect of the insulating layer by a repair process of applying a DC voltage to the insulating layer. There is. When the insulation defect of the insulating layer is improved in the repair process, it is possible to suppress the deterioration of the output characteristics of the photoelectric conversion element due to the insulating layer, and it is possible to improve the yield of the product.
しかし、上記のリペア工程を経た光電変換素子において、絶縁層の絶縁抵抗が所定値よりも低い場合には、絶縁層を介して導電性基板と光電変換素子の間に電流が流れ、光電変換素子の発熱、発火または故障の原因となりうる。そのため、リペア工程後に絶縁層の絶縁抵抗が所定値よりも低い場合には不合格品となるが、製品の歩留まりを向上させる観点からは、リペア工程において絶縁層の絶縁不良をできるだけ改善することが強く要望されている。 However, in the photoelectric conversion element that has undergone the above repair step, when the insulation resistance of the insulating layer is lower than a predetermined value, a current flows between the conductive substrate and the photoelectric conversion element via the insulating layer, and the photoelectric conversion element May cause overheating, ignition or malfunction. Therefore, if the insulation resistance of the insulating layer is lower than the predetermined value after the repair process, the product is rejected. However, from the viewpoint of improving the product yield, it is possible to improve the insulation defect of the insulating layer as much as possible in the repair process. It is strongly requested.
一方、リペア工程で過剰な電流が絶縁層の絶縁不良箇所に流れると、絶縁不良箇所が破壊されて絶縁不良が却って悪化する事象も生じうる。 On the other hand, if an excessive current flows to the poorly insulated portion of the insulating layer in the repair process, the defectively insulated portion may be destroyed and the poorly insulated portion may worsen.
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、導電性基板に絶縁層を形成した光電変換素子につき、絶縁不良箇所へ過剰な電流が流れることを抑制しつつ、絶縁層の絶縁不良を改善する手段を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and insulates an insulating layer of a photoelectric conversion element having an insulating layer formed on a conductive substrate while suppressing an excessive current from flowing to a poorly insulated portion. Provide a means to improve the defect.
本発明の一例である光電変換素子の製造方法は、絶縁層を有する導電性基板を用いた光電変換素子の製造方法であって、導電性基板の絶縁層の上に、第1の電極層を形成する工程と、第1の電極層の上に光電変換層を形成する工程と、光電変換層の上に第2の電極層を形成する工程と、第2の電極層の形成後に、導電性基板と第1の電極層に電圧を印加して絶縁層の絶縁不良を修復する第1リペア工程と、を含む。第1リペア工程では、絶縁層が室温よりも加熱された状態で電圧が印加される。 The method for manufacturing a photoelectric conversion element, which is an example of the present invention, is a method for manufacturing a photoelectric conversion element using a conductive substrate having an insulating layer, and a first electrode layer is formed on the insulating layer of the conductive substrate. After the step of forming, the step of forming the photoelectric conversion layer on the first electrode layer, the step of forming the second electrode layer on the photoelectric conversion layer, and the formation of the second electrode layer, the conductivity It includes a first repair step of applying a voltage to the substrate and the first electrode layer to repair the insulation defect of the insulating layer. In the first repair step, a voltage is applied while the insulating layer is heated above room temperature.
本発明の一例である光電変換素子の製造方法によれば、導電性基板に絶縁層を形成した光電変換素子につき、絶縁不良箇所へ過剰な電流が流れることを抑制しつつ、絶縁層の絶縁不良を改善できる。 According to the method for manufacturing a photoelectric conversion element, which is an example of the present invention, in a photoelectric conversion element having an insulating layer formed on a conductive substrate, the insulation failure of the insulating layer is suppressed while suppressing an excessive current from flowing to a defective insulation portion. Can be improved.
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
実施形態では、その説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造または要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面において、各層の厚さ、形状などは、模式的に示したもので、実際の厚さや形状などを示すものではない。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
In the embodiment, in order to make the explanation easy to understand, structures or elements other than the main part of the present invention will be described in a simplified or omitted manner. Further, in the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals. In the drawings, the thickness, shape, etc. of each layer are schematically shown, and do not indicate the actual thickness, shape, etc.
<光電変換素子の構造>
図1は、本実施形態における光電変換素子の構成例を示す厚さ方向の断面図である。本実施形態においては、光電変換素子の一例として、太陽電池サブモジュール100の構成例について説明する。
<Structure of photoelectric conversion element>
FIG. 1 is a cross-sectional view in the thickness direction showing a configuration example of the photoelectric conversion element according to the present embodiment. In the present embodiment, a configuration example of the
図1に示す太陽電池サブモジュール100は、導電性基板11における受光面の平面方向に複数の光電変換素子10−1,10−2,…10−kが配置された、いわゆる集積型構造を有する。但し、kは、2以上の自然数である。
ここで、光電変換素子10−1,10−2,…10−kの基本構成は共通であり、以下の説明で個々の光電変換素子10−1,10−2,…10−kを区別する必要がない場合には光電変換素子10と総称して表記する。なお、光電変換素子10の後述する構成要素についても、個々を区別する必要がない場合には同様に総称して表記する。
The
Here, the basic configurations of the photoelectric conversion elements 10-1, 10-2, ... 10-k are common, and the individual photoelectric conversion elements 10-1, 10-2, ... 10-k are distinguished by the following description. When it is not necessary, it is collectively referred to as a
(導電性基板11)
導電性基板11は、複数の光電変換素子10に共通の基板であって、例えば、ステンレス鋼(SUS)、銅、アルミニウム、あるいはこれらの合金等で形成される。導電性基板11は、フレキシブル基板であってもよい。導電性基板11は、複数の金属基材を積層した積層構造であってもよく、例えば、ステンレス箔、チタン箔、モリブデン箔が基板の表面に形成されていてもよい。
(Conductive substrate 11)
The
導電性基板11の形状および寸法は、太陽電池サブモジュール100の大きさ等に応じて適宜決定される。一実施形態における導電性基板11の全体形状は、例えば矩形の平板状であるがこれに限られることはない。
導電性基板11として、金属基板やフレキシブル基板を適用した場合、太陽電池サブモジュール100を曲げることが可能となり、曲げによる基板の割れも抑制できる。さらに、上記の場合には、ガラス基板や樹脂基板と比べて、太陽電池サブモジュール100の軽量化および薄型化を図ることが容易となる。
The shape and dimensions of the
When a metal substrate or a flexible substrate is applied as the
また、導電性基板11の受光面側には絶縁層21が形成されている。絶縁層21は、例えば、ガラスフリットなどの被膜である。絶縁層21に適用するガラスの一例としては、シリカ(SiO2)、CaO、B2O3、SrO、BaO、Al2O3、ZnO、ZrO2、MgOのうち少なくとも1つを成分とするガラスや低融点ガラスを挙げることができる。
Further, an
(光電変換素子10)
太陽電池サブモジュール100は、上記のように、複数の光電変換素子10−1,10−2,…10−kを受光面上に備えている。これらの光電変換素子10−1,10−2,…10−kは、直列に接続されている。
(Photoelectric conversion element 10)
As described above, the
光電変換素子10は、導電性基板11の上に、第1の電極層12、光電変換層13、バッファ層14、第2の電極層15が順次積層されたサブストレート構造を有する。太陽光などの光は、導電性基板11側とは反対側(図1の上側)から光電変換素子10に入射する。
The
(第1の電極層12)
第1の電極層12は、導電性基板11の絶縁層21の上に形成される。図1においては、複数の第1の電極層12−1,12−2,…12−k,12−(k+1)が、導電性基板111の絶縁層21の上に並んで配置されている。第1の電極層12は、光電変換層13の受光面側ではなく裏面側(基板側)に臨むため、裏面電極とも称される。
(First electrode layer 12)
The
第1の電極層12は、例えば、金属電極層である。特に限定するものではないが、第1の電極層12の厚さは、例えば、200nm〜500nmである。
第1の電極層12は、光電変換層13との反応が発生し難い材料を備えることが好ましい。例えば、第1の電極層12の材料は、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、クロム(Cr)などから選択可能である。第1の電極層12は、後述する第2の電極層15内に含まれる材料と同じ材料を含んでいてもよい。
The
The
(光電変換層13)
光電変換層13は、第1の電極層12上に形成される。光電変換層13は、受光面側(図1の上側)および導電性基板11側(図1の下側)ではバンドギャップがそれぞれ大きく、光電変換層13の厚さ方向内側ではバンドギャップが小さいダブルグレーデッド構造を有してもよい。特に限定するものではないが、光電変換層13の厚さは、例えば、1.0μm〜3.0μmである。
(Photoelectric conversion layer 13)
The
光電変換層13は、多結晶または微結晶のp型化合物半導体層として機能する。光電変換層13は、I族元素と、III族元素と、VI族元素(カルコゲン元素)と、を含むカルコパイライト構造のI−III−VI2族化合物半導体を用いたCIS系光電変換素子である。I族元素は、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などから選択可能である。III族元素は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)などから選択可能である。また、光電変換層13は、VI族元素として、セレン(Se)や硫黄(S)の他に、テルル(Te)などを含んでもよい。また、光電変換層13は、Li、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属を含んでいてもよい。
The
(バッファ層14)
バッファ層14は、光電変換層13の上に形成される。特に限定するものではないが、バッファ層14の厚さは、例えば、10nm〜100nmである。
バッファ層14は、例えば、n型またはi(intrinsic)型高抵抗導電層である。ここで「高抵抗」とは、後述する第2の電極層15の抵抗値よりも高い抵抗値を有するという意味である。
(Buffer layer 14)
The
The
バッファ層14は、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、インジウム(In)を含む化合物から選択可能である。亜鉛を含む化合物としては、例えば、ZnO、ZnS、Zn(OH)2、または、これらの混晶であるZn(O,S)、Zn(O,S,OH)、さらには、ZnMgO、ZnSnOなど、がある。カドミウムを含む化合物としては、例えば、CdS、CdO、または、これらの混晶であるCd(O,S)、Cd(O,S,OH)がある。インジウムを含む化合物としては、例えば、InS、InO、または、これらの混晶であるIn(O,S)、In(O,S,OH)があり、In2O3、In2S3、In(OH)x等を用いることができる。また、バッファ層14は、これらの化合物の積層構造を有してもよい。
The
なお、バッファ層14は、光電変換効率などの特性を向上させる効果を有するが、これを省略することも可能である。バッファ層14が省略される場合、第2の電極層15は光電変換層13の上に形成される。
The
(第2の電極層15)
第2の電極層15は、バッファ層14の上に形成される。第2の電極層15は、例えば、n型導電層である。特に限定するものではないが、第2の電極層15の厚さは、例えば、0.5μm〜2.5μmである。
第2の電極層15は、例えば、禁制帯幅が広く、抵抗値が十分に低い材料を備えることが好ましい。また、第2の電極層15は、太陽光などの光の通り道となるため、光電変換層13が吸収可能な波長の光を透過する性質を持つことが好ましい。この意味から、第2の電極層15は、透明電極層または窓層とも称される。
(Second electrode layer 15)
The
The
第2の電極層15は、例えば、III族元素(B、Al、Ga、またはIn)がドーパントとして添加された酸化金属を備える。酸化金属の例としては、ZnO、または、SnO2がある。第2の電極層15は、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)、ITiO(酸化インジウムチタン)、IZO(酸化インジウム亜鉛)、ZTO(酸化亜鉛スズ)、FTO(フッ素ドープト酸化スズ)、GZO(ガリウムドープト酸化亜鉛)などから選択可能である。
The
光電変換素子10−1,10−2,…10−kにおいて、第2の電極層15は、第1の電極層12−2,12−3,…12−(k+1)のうちの1つに接続される。例えば、光電変換素子10−1の第2の電極層15は、その隣に位置する光電変換素子10−2の第1の電極層12−2に接続される。残りの光電変換素子10−2,…10−kの第2の電極層15も同様に、隣に位置する光電変換素子10の第1の電極層12に接続される。これにより、複数の光電変換素子10−1,10−2,…10−kは、直列に接続される。
In the photoelectric conversion elements 10-1, 10-2, ... 10-k, the
(正極18、負極19)
太陽電池サブモジュール100の正極18は、第1の電極層12−1に接続される。一方、太陽電池サブモジュール100の負極19は、光電変換素子10−kの第2の電極層15と接続されている第1の電極層12−(k+1)に接続される。つまり、各々の光電変換素子10は、第1の電極層12から第2の電極層15に向けて電流が流れるように構成される。
(
The
ここで、太陽電池サブモジュール100の第1の電極層12には、太陽電池サブモジュール100の周縁に沿って第1の電極層12を外周側と内周側に分割する縁切り溝22が形成されている。縁切り溝22は、太陽電池サブモジュール100の側面で、第1の電極層12が絶縁層21を跨いで導電性基板11と導通した場合においても、各々の光電変換素子10と導電性基板11が導通することを抑制するために形成される。例えば、図1では、太陽電池サブモジュール100の図中右側と左側に紙面垂直方向に延びる縁切り溝22がそれぞれ示されている。
Here, the
図1左側に示す縁切り溝22により、第1の電極層12−1は、図中左端の第1の電極層12と分割されて絶縁されている。同様に、図1右側に示す縁切り溝22により、第1の電極層12−(k+1)は、図中右端の第1の電極層12と分割されて絶縁されている。なお、図1では図示していないが、太陽電池サブモジュール100の紙面手前側および紙面奥側の周縁においても、左右方向に延びる縁切り溝22がそれぞれ形成される。
The first electrode layer 12-1 is divided and insulated from the
以上の太陽電池サブモジュール100によれば、複数の光電変換素子10−1,10−2,…10−kを1つのユニットとした場合、複数のユニットを正極18と負極19との間に並列接続できる。しかも、これら複数のユニットは、1つの導電性基板11上に形成可能である。例えば、このような太陽電池サブモジュール100を使用した太陽電池パネルは、部分的に日陰となっても、発電量の低下が限定的である。したがって、安定的に発電できる太陽電池パネルが実現される。
According to the above
ここで、太陽電池サブモジュール100における正極18、負極19の関係は、光電変換層13の構成によって相違する。例えば、本実施形態のように、CIS系化合物半導体で光電変換層13がp型の場合には、正極18、負極19は図1の通りとなる。一方で、例えば、薄膜Si系光電変換素子の場合にはSi系層がp−i−n接合のため、第1の電極層側がn型のSi系層であれば、正極18と負極19の関係は図1とは逆になる。
Here, the relationship between the
<光電変換素子の製造方法>
次に、太陽電池サブモジュール100の製造方法の例を説明する。図2は、太陽電池サブモジュール100の製造方法を示す流れ図である。また、図3、図4は、製造方法の各工程を模式的に示す図である。
<Manufacturing method of photoelectric conversion element>
Next, an example of a method for manufacturing the
(S1:絶縁層21の形成)
S1にて、図3(a)に示すように、例えば金属基板などの導電性基板11の表面に、シリカ(SiO2)などの薄膜を製膜して絶縁層21が形成される。絶縁層21の製膜方法としては、例えば、ゾル・ゲル法などの公知の手法を適用できる。
(S1: Formation of insulating layer 21)
In S1, as shown in FIG. 3A, a thin film such as silica (SiO 2 ) is formed on the surface of a
(S2:第1の電極層12の形成)
S2にて、図3(a)に破線で示すように、例えばスパッタリング法により、絶縁層21を形成した導電性基板11上に、モリブデン(Mo)などの薄膜を製膜して第1の電極層12が形成される。スパッタリング法は、直流(DC)スパッタリング法でもよいし、または、高周波(RF)スパッタリング法でもよい。また、スパッタリング法に代えて、CVD(chemical vapor deposition)法、ALD(atomic layer deposition)法などを用いて、第1の電極層12を形成してもよい。
(S2: Formation of the first electrode layer 12)
In S2, as shown by the broken line in FIG. 3A, a thin film such as molybdenum (Mo) is formed on the
(S3:第1のパターニング)
S3にて、図3(b)に示すように、例えば、レーザースクライブにより第1の電極層12が受光面の平面方向において複数の領域に分割される。これにより、導電性基板11の絶縁層21の上に第1の電極層12−1,12−2,…12−k,12−(k+1)がそれぞれ形成される。なお、図3(b)ではS3で削除された領域を破線で示している。
(S3: First patterning)
In S3, as shown in FIG. 3B, for example, the
また、S3のパターニングのときには、第1の電極層12において導電性基板11の周縁に沿って縁切り溝22が形成される。これにより、導電性基板11の内周側に位置する第1の電極層12(例えば、第1の電極層12−1)が、縁切り溝22によって外周側の第1の電極層12と分割されて絶縁される。
Further, at the time of patterning S3, an
(S4:第1の絶縁検査)
S4にて、隣接する分割された第1の電極層12(例えば、第1の電極層12−1、12−2等)が互いに絶縁されているかをメガテスター等で検査する。さらに、導電性基板11の外周部の第1の電極層12と、縁切り溝22を隔てた第1の電極層12(例えば、第1の電極層12−1)の間の絶縁をメガテスター等で検査する。
(S4: First insulation inspection)
In S4, it is inspected by a mega tester or the like whether the adjacent divided first electrode layers 12 (for example, the first electrode layers 12-1, 12-2, etc.) are insulated from each other. Further, the insulation between the
(S5:光電変換層の形成)
S5にて、図3(c)に示すように、パターニング後の第1の電極層12の上に、光電変換層13が形成される。光電変換層13は、薄膜状のプリカーサ層を形成した後、当該プリカーサ層をカルコゲン化することで形成される。
(S5: Formation of photoelectric conversion layer)
In S5, as shown in FIG. 3C, the
第1の電極層12上にプリカーサ層を形成する方法としては、例えば、上記のスパッタリング法や、蒸着法またはインク塗布法が挙げられる。蒸着法は、蒸着源を加熱して気相となった原子等を用いて成膜する方法である。インク塗布法は、プリカーサ膜の材料を粉体にしたものを有機溶剤等の溶媒に分散して第1の電極層12上に塗布し、その後溶剤を蒸発してプリカーサ層を形成する方法である。
Examples of the method for forming the precursor layer on the
プリカーサ層は、I族元素と、III族元素とを含む。例えば、プリカーサ層はI族元素としてAgを含んでいてもよい。プリカーサ層に含めるAg以外のI族元素は、銅、金などから選択可能である。また、プリカーサ層に含めるIII族元素は、インジウム、ガリウム、アルミニウムなどから選択可能である。また、プリカーサ層は、Li、Na、K、Rb、Cs等のアルカリ金属を含んでいてもよい。また、プリカーサ層は、VI族元素として、セレンおよび硫黄の他に、テルルを含んでいてもよい。 The precursor layer contains Group I elements and Group III elements. For example, the precursor layer may contain Ag as a Group I element. Group I elements other than Ag to be included in the precursor layer can be selected from copper, gold and the like. The group III element included in the precursor layer can be selected from indium, gallium, aluminum and the like. Further, the precursor layer may contain an alkali metal such as Li, Na, K, Rb and Cs. Further, the precursor layer may contain tellurium as a Group VI element in addition to selenium and sulfur.
また、プリカーサ層は、上述したスパッタリング法または蒸着法を用いて形成される膜を積層することで、厚さ方向(図中上下方向)において組成の異なる複数の領域を有していてもよい。プリカーサ層の構成として、例えば、導電性基板11側から順にCu−Ga、Inの積層膜とすることができる。また、上記のような膜の積層により、光電変換層13の厚さ方向で所定の元素の濃度分布を制御することも可能である。
Further, the precursor layer may have a plurality of regions having different compositions in the thickness direction (vertical direction in the figure) by laminating the films formed by the sputtering method or the vapor deposition method described above. As the structure of the precursor layer, for example, a laminated film of Cu—Ga and In can be formed in order from the
プリカーサ層のカルコゲン化処理では、VI族元素を含む雰囲気中でプリカーサ層を熱処理することでカルコゲン化し、光電変換層13を形成する。
例えば、まず、気相セレン化法によるセレン化が行われる。セレン化は、VI族元素源としてセレンを含むセレン源ガス(例えば、セレン化水素またはセレン蒸気)の雰囲気中でプリカーサ層を加熱することにより行う。
In the chalcogenization treatment of the precursor layer, the precursor layer is heat-treated in an atmosphere containing Group VI elements to be chalcogenized to form the
For example, first, seleniumization is performed by the vapor phase seleniumization method. Selenium formation is carried out by heating the precursor layer in an atmosphere of a selenium source gas containing selenium as a group VI element source (for example, hydrogen selenide or selenium vapor).
その結果、プリカーサ層は、I族元素と、III族元素と、セレンとを含む化合物(光電変換層13)に変換される。なお、I族元素と、III族元素と、セレンとを含む化合物(光電変換層13)は、気相セレン化法以外の方法により形成してもよい。例えば、このような化合物は、固相セレン化法、蒸着法、インク塗布法、電着法などによっても形成可能である。 As a result, the precursor layer is converted into a compound containing a group I element, a group III element, and selenium (photoelectric conversion layer 13). The compound containing the Group I element, the Group III element, and selenium (photoelectric conversion layer 13) may be formed by a method other than the vapor phase selenium method. For example, such a compound can also be formed by a solid phase selenium method, a vapor deposition method, an ink coating method, an electrodeposition method, or the like.
次に、I族元素と、III族元素と、セレンとを含む光電変換層13の硫化が行われる。硫化は、硫黄を有する硫黄源ガス(例えば、硫化水素、または硫黄蒸気)の雰囲気中で光電変換層13を加熱することにより行う。その結果、光電変換層13は、I族元素と、III族元素と、VI族元素としてセレンおよび硫黄とを含む化合物に変換される。硫黄源ガスは、光電変換層13の表面部において、I族元素と、III族元素と、セレンとからなる結晶、例えば、カルコパイライト結晶内のセレンを硫黄に置換する役割を担う。
Next, the
(S6:バッファ層の形成)
S6にて、図3(c)に破線で示すように、CBD(chemical bath deposition)法、スパッタリング法などの方法により、光電変換層13の上に、例えば、Zn(O,S)などの薄膜を製膜してバッファ層14が形成される。なお、バッファ層14の形成は省略されてもよい。
(S6: Formation of buffer layer)
In S6, as shown by a broken line in FIG. 3C, a thin film such as Zn (O, S) is placed on the
(S7:第2のパターニング)
S7にて、図3(d)に示すように、メカニカルパターニングにより、光電変換層13およびバッファ層14の積層膜が受光面の平面方向において複数の領域に分割される。これにより、光電変換層13およびバッファ層14は、各々の光電変換素子10に対応する形状にパターニングされる。また、パターニングで削除された領域においては、第1の電極層12が部分的に露出する。なお、図3(d)ではS7で削除された領域を破線で示している。
(S7: Second patterning)
In S7, as shown in FIG. 3D, the laminated film of the
(S8:第2の電極層の形成)
S8にて、図4(a)に示すように、スパッタリング法、CVD法、ALD法などの方法により、バッファ層14および第2のパターニングで露出した第1の電極層12の上に、第2の電極層15が形成される。第2の電極層15は、例えば、B、AlまたはInがドーパントとして添加されたZnOなどの薄膜による透明電極である。
(S8: Formation of second electrode layer)
In S8, as shown in FIG. 4A, a
(S9:配線敷設部の形成)
S9にて、導電性基板11の周縁部において、光電変換層13、バッファ層14および第2の電極層15を例えばメカニカルパターニングによって部分的に削除し、配線敷設部23が形成される。一例として、図4(b)では、縁切り溝22の形成部分を含む図中左端の領域で、光電変換層13、バッファ層14および第2の電極層15を削除し、縁切り溝22の内周側に第1の電極層12−1が露出する正極側の配線敷設部23を形成した例を示している。図4(b)ではS9で削除された領域を破線で示している。なお、導電性基板11の図中右端の領域においても、上記と同様に縁切り溝22の内周側に第1の電極層12−(k+1)が露出する負極側の配線敷設部23が形成される(図1参照)。
(S9: Formation of wiring laying part)
In S9, the
(S10:リペアA)
S10にて、絶縁層21の初期の絶縁不良を修復するために、導電性基板11と第1の電極層12の間に電圧を印加(あるいは電流を注入)するリペア工程(以下、リペアAとも称する)が行われる。具体的には、図4(b)に示すように、導電性基板11がDC電源の正極に接続され、第1の電極層12−1および第2の電極層15がそれぞれDC電源の負極に接続される。第2の電極層15は第1の電極層12−2〜12−(k+1)と接続されているため、第1の電極層12−1〜12−(k+1)がDC電源の負極に接続されることになる。また、DC電源の負極への別の接続方法として、第1の電極層12−1および第1の電極層12−(k+1)をそれぞれDC電源の負極に接続してもよい。そして、リペアAでは、DC電源の定電流制御により所定電圧まで昇圧が行われる。なお、リペアAは、第2リペア工程の一例であり、その詳細については後述する。
(S10: Repair A)
In S10, a repair step of applying a voltage (or injecting a current) between the
(S11:リペアB)
S11にて、S10のリペアAの後に、絶縁層21の初期の絶縁不良を修復するために、導電性基板11を室温よりも加熱した状態で導電性基板11と第1の電極層12の間に電圧を印加(あるいは電流を注入)するリペア工程(以下、リペアBとも称する)が行われる。リペアBの接続状態はリペアAと同様である。なお、リペアBは、第1リペア工程の一例であり、その詳細については後述する。
(S11: Repair B)
In S11, after the repair A of S10, in order to repair the initial insulation defect of the insulating
(S12:第3のパターニング)
S12にて、図4(c)に示すように、メカニカルパターニングにより、第2の電極層15が受光面の平面方向において複数の領域に分割される。S12においては、S7で光電変換層13およびバッファ層14を削除した部分から第2の電極層15が部分的に削除される。図4(c)ではS12で削除された領域を破線で示している。これにより、複数の光電変換素子10−1,10−2,…10−kがそれぞれ形成される。
(S12: Third patterning)
In S12, as shown in FIG. 4C, the
(S13:配線の敷設)
S13にて、正極側および負極側の配線敷設部23に、例えば、導電性および可撓性を有する帯状金属板(リボンワイヤ)や導電性テープなどの配線が敷設される。上記の配線は、太陽電池サブモジュール100で発生した電力を外部負荷に導出するための電力線として機能し、外部負荷と接続された外部導線(図示省略)にそれぞれ接続される。
(S13: Wiring laying)
In S13, wiring such as a conductive and flexible strip-shaped metal plate (ribbon wire) or a conductive tape is laid on the
(S14:第2の絶縁検査)
S14にて、S13で配線が敷設された太陽電池サブモジュール100における負極19と導電性基板11の間の絶縁抵抗をメガテスターで測定し、太陽電池サブモジュール100が所定の品質を満たすかが検査される。
以上の工程により、太陽電池サブモジュール100が製造される。
(S14: Second insulation inspection)
In S14, the insulation resistance between the
Through the above steps, the
<リペアA、リペアB>
以下、上記のリペアA、リペアBの内容について詳述する
リペアA、リペアBの各工程は、絶縁層21の絶縁不良箇所に通電させて焼き切ることで絶縁不良箇所の絶縁抵抗を大きくし、当該箇所の絶縁を改善する目的で行われる。特に、リペアBの工程は、リペアAの工程で絶縁の改善が不十分であった残りの絶縁不良箇所の絶縁を改善している、と考えられる。
絶縁層21の絶縁不良箇所は、絶縁層21の形成時(ガラス層の塗布から焼成の工程)や、その後の光電変換素子の形成段階(特に高温で熱処理するカルコゲン化による光電変換層13の形成時)に発生したものである。
<Repair A, Repair B>
Hereinafter, each step of repair A and repair B, in which the contents of repair A and repair B will be described in detail, increases the insulation resistance of the defective insulation portion by energizing the defective insulation portion of the insulating
The poorly insulated portion of the insulating
まず、リペアA、リペアBでのDC電源との接続について述べる。
リペアA、リペアBにおけるDC電源の接続では、上記のように、導電性基板11がDC電源の正極に接続され、第1の電極層12−1および第2の電極層15がそれぞれDC電源の負極に接続される。第2の電極層15は第1の電極層12−2〜12−(k+1)と接続されているため、第1の電極層12−1〜12−(k+1)がDC電源の負極に接続されることになる。また、DC電源の負極への別の接続方法として、第1の電極層12−1および第1の電極層12−(k+1)をそれぞれDC電源の負極に接続してもよい。このとき、負極側の配線敷設部23に設置した仮配線テープを介してDC電源の負極と接続してもよい。また、導電性基板11と第1の電極層12が基板側面で電気的に導通している場合、導電性基板11の周縁部にある第1の電極層12(縁切り溝22の外側の領域)をDC電源の正極と接続してもよい。
上記の接続によれば、電圧の印加あるいは電流の注入の向きが光電変換素子10の順バイアス方向となる。そのため、光電変換素子10に逆バイアスが印加されることがなく、リペア工程の際に光電変換素子10を劣化させるおそれを低減することができる。
First, the connection with the DC power supply in repair A and repair B will be described.
In the connection of the DC power supply in Repair A and Repair B, as described above, the
According to the above connection, the direction of voltage application or current injection is the forward bias direction of the
また、第2の電極層15を分割する第3のパターニング(S12)が行われる前にリペアA、リペアBの各工程を行う場合、第2の電極層15は導電性基板11の全面で同電位となる。この場合、分割されている複数の第1の電極層12−2〜12−(k+1)はいずれも第2の電極層15と接触するので、これらの電極も同電位となる。したがって、第1の電極層12−1と第2の電極層15をDC電源の負極に接続すれば、複数の第1の電極層12−1〜12−(k+1)と導電性基板11の間で、一様な電圧印加や電流注入が可能となる。上記の場合、リペアA、リペアBの各工程では、縁切り溝22よりも内周側に位置する絶縁層21の全面に対して、絶縁不良箇所の絶縁の改善を一様に行うことができる。
Further, when the repair A and repair B steps are performed before the third patterning (S12) for dividing the
一方で、第2の電極層15を分割する第3のパターニング(S12)の後にリペアA、リペアBの各工程を行う場合には以下のようにすることが好ましい。
第3のパターニングによって第2の電極層15が分割されている場合、各々の光電変換素子10の起電力によって、第1の電極層12−2〜12−(k+1)の電位は互いに異なる。また、各々の光電変換素子10は直列接続されているので、直列接続両端の光電変換素子10の間では第1の電極層12の電位差が非常に大きくなりうる。これらの事情から、第3のパターニング後にリペア工程を行う場合、太陽電池サブモジュール100の負極(第2の電極層15が接続された第1の電極層12)をDC電源の負極に接続し、導電性基板11をDC電源の正極に接続しても、第1の電極層12と導電性基板11との間に一様な電圧印加や電流注入をすることは困難である。しかも、上記の接続では絶縁不良箇所に通電された瞬間に、周辺の各々の光電変換素子10に逆バイアスが印加され、光電変換素子10が劣化するおそれもある。
On the other hand, when each step of repair A and repair B is performed after the third patterning (S12) for dividing the
When the
そこで、第3のパターニング後にリペア工程を行う場合、図5に示すように、受光面の平面方向に複数に分割された第2の電極層15をアルミ箔などの導電性シート24で覆って電気的に接触させることが好ましい。導電性シート24は、平面状の導電性部材の一例である。すると、分割された第2の電極層15が同電位になるので、図4(b)の場合と同様なリペアの効果を得ることができる。また、図5の接続によれば、絶縁不良箇所に通電された瞬間に光電変換素子10に逆バイアスが印加されることに起因する光電変換素子10の劣化(換言すれば太陽電池サブモジュール100の出力低下)も抑制される。
Therefore, when the repair step is performed after the third patterning, as shown in FIG. 5, the
次に、リペアA、リペアBでの処理条件の例について述べる。
リペアAの工程では、絶縁層21の絶縁不良箇所の絶縁を改善するために、絶縁不良箇所に大きな電流を流す必要がある。このため、リペアAの工程では、電流制御において、注入する電流の大きさを規定する電流の制限値が比較的大きな値に設定される。そして、リペアAの工程では、徐々に絶縁不良箇所の絶縁不良を改善しながら所定の電圧まで昇圧が行われる。
Next, examples of processing conditions in repair A and repair B will be described.
In the repair A step, in order to improve the insulation of the poorly insulated portion of the insulating
一例として、リペアAの工程では、定電流制御で1秒間当たりに上昇させる電流値を一定とし、電流の制限値を600mAに設定する。そして、導電性基板11と第1の電極層12の間に印加する電圧を0Vから140Vまで昇圧する。なお、リペアAでの昇圧の上限電圧は、絶縁層21の膜厚や、光電変換素子10の直列接続数に応じて適宜調整してもよい。
As an example, in the repair A process, the current value to be increased per second by constant current control is fixed, and the current limit value is set to 600 mA. Then, the voltage applied between the
一方、リペアBの工程では、リペアAの工程によって絶縁層21の絶縁不良はある程度は改善され、残りの絶縁不良箇所の絶縁を改善していると考えられる。リペアBの工程では、リペアAで改善しきれなかった残りの絶縁不良箇所の絶縁を改善するときに、絶縁不良箇所に過剰な電流が流れて絶縁不良箇所が破壊され、却って絶縁不良が悪化することを抑制する必要がある。
そのため、リペアBの工程では、リペアAの工程で改善しきれなかった残りの絶縁不良箇所の絶縁を改善するために、定電圧制御によりリペアAの工程よりも高い電圧まで昇圧する。また、リペアBの工程では、導電性基板を加熱することにより、絶縁層の温度を高めることで絶縁層の抵抗値を低下させて、リペアAより少ない電流量でリペアの工程を行う。
On the other hand, in the repair B process, it is considered that the insulation defect of the insulating
Therefore, in the repair B process, in order to improve the insulation of the remaining poorly insulated parts that could not be completely improved in the repair A process, the voltage is boosted to a higher voltage than the repair A process by constant voltage control. Further, in the repair B step, the conductive substrate is heated to raise the temperature of the insulating layer to lower the resistance value of the insulating layer, and the repair step is performed with a smaller current amount than the repair A.
一例として、リペアBの工程では、導電性基板11を室温から130℃まで昇温させて、リペアAのときよりも絶縁層21の抵抗値を低下させる。このとき、導電性基板11を加熱し過ぎると光電変換素子10の出力特性が劣化しうるため、リペアBでの加熱温度は130℃以下であることが好ましい。
そして、リペアBの工程では、上記の電流の制限値をリペアAよりも低い3mAに設定し、導電性基板11と第1の電極層12の間には定電圧制御でリペアAよりも高い500Vの電圧を印加する。
As an example, in the repair B step, the temperature of the
Then, in the repair B process, the above current limit value is set to 3 mA, which is lower than the repair A, and 500 V, which is higher than the repair A by constant voltage control, between the
上記のリペアBの工程では、定電圧制御でリペアAよりも高い電圧を印加してリペアAで改善しきれなかった絶縁不良箇所に通電が生じ、当該絶縁不良箇所の絶縁抵抗が大きくなることで絶縁が改善する。
一方、上記のリペアBの工程では、導電性基板11を加熱することで絶縁層21の抵抗値を低下させて絶縁不良箇所以外の部分で通電し易くし、過剰な電流が絶縁不良箇所に流れることを抑制する。また、リペアのときの電流の制限値をリペアAよりも小さくすることで、絶縁不良箇所に流れる電流量もリペアAに比べて小さなものとなる。したがって、リペアBの工程では過剰な電流が絶縁不良箇所に流れにくく、リペアの際に絶縁不良箇所が破壊されて絶縁不良が悪化するおそれも抑制される。
In the above repair B process, a voltage higher than that of repair A is applied by constant voltage control to energize the poorly insulated part that could not be improved by repair A, and the insulation resistance of the poorly insulated part increases. Insulation improves.
On the other hand, in the above-mentioned repair B step, the resistance value of the insulating
<評価試験>
次に、リペア工程後の太陽電池サブモジュール100を含む太陽電池モジュールの評価試験について述べる。
太陽電池モジュールは、封止材を介して、太陽電池サブモジュール100を受光面側保護体と非受光面側保護体によって封止することで製造される。この太陽電池モジュールの評価では、導電性基板11と第1の電極層12との間に電圧を印加した状態でのDH(ダンプヒート)試験(電圧印加DH試験)が行われ、当該試験後の太陽電池モジュールの出力特性と、絶縁層21の抵抗値が評価項目となる。
<Evaluation test>
Next, an evaluation test of the solar cell module including the
The solar cell module is manufactured by sealing the
評価試験に供される太陽電池モジュール(評価用モジュール)では、導電性基板11と第1の電極層12の間に電圧を印加する配線が導電性基板11に敷設され、その配線を太陽電池モジュールの外部に取り出している。そして、評価試験では、太陽電池モジュールの負極と正極を短絡してDC電源の正極(または負極)に接続し、導電性基板11に接続された配線をDC電源の負極(または正極)に接続して、電圧の印加あるいは電流の注入を行う。
In the solar cell module (evaluation module) used for the evaluation test, a wiring for applying a voltage is laid on the
評価試験では、導電性基板11と第1の電極層12の間に太陽電池モジュールの開放電圧より高い電圧を印加する。これにより、実環境での太陽電池モジュールの使用時よりも導電性基板11と第1の電極層12の間の電圧印加を高くあるいは電流注入を多くすることができ、加速して評価することができる。
In the evaluation test, a voltage higher than the open circuit voltage of the solar cell module is applied between the
評価試験において、絶縁層21の抵抗値は、メガテスターにより電圧を印加してデジタルマルチメーターにより電流値、電圧値をそれぞれ測定し、オームの法則に基づいて算出することができる。評価試験では、算出された抵抗値が規定値(例えば、1.6MΩ)より大きい太陽電池モジュールを合格と評価する。
なお、DH試験後の出力特性が合格基準(1000時間経過後の出力が初期の出力の90%以上)を満たしても絶縁層の抵抗値が規定値より低いと、絶縁層を介して太陽電池と導電性基板の間に電流が流れてしまい、太陽電池の発熱、発火、故障等の原因となりうる。
In the evaluation test, the resistance value of the insulating
If the resistance value of the insulating layer is lower than the specified value even if the output characteristics after the DH test meet the acceptance criteria (the output after 1000 hours is 90% or more of the initial output), the solar cell is passed through the insulating layer. A current flows between the and the conductive substrate, which may cause heat generation, ignition, failure, etc. of the solar cell.
<実施例>
以下、本発明の実施例について、表1〜表5を用いて説明する。
<Example>
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to Tables 1 to 5.
図6(a)は、リペア工程を経て製造された太陽電池モジュールについて、評価用モジュールで電圧印加試験後の絶縁層の抵抗値を算出し、各々のリペア工程の効果を確認した結果(表1)を示している。
ここで、電圧印加試験に用いた評価用モジュールは、いずれも電圧印加試験前において絶縁層の抵抗値は合格の条件を満たしている。そして、電圧印加試験の開始から所定の時間が経過した後に、評価用モジュールの導電性基板と第1の電極層との間に電圧を印加して抵抗値を算出し、抵抗値が不合格となる割合(不良率)を算出している。
FIG. 6A shows the results of calculating the resistance value of the insulating layer after the voltage application test with the evaluation module for the solar cell module manufactured through the repair process and confirming the effect of each repair process (Table 1). ) Is shown.
Here, in all of the evaluation modules used in the voltage application test, the resistance value of the insulating layer satisfies the acceptance condition before the voltage application test. Then, after a predetermined time has elapsed from the start of the voltage application test, a voltage is applied between the conductive substrate of the evaluation module and the first electrode layer to calculate the resistance value, and the resistance value is rejected. The ratio (defective rate) is calculated.
表1では、室温で行われるリペアAを施した評価用モジュールの場合(比較例1)と、導電性基板を加熱して行われるリペアBを施した評価用モジュール場合(実施例1〜3)の不良率をそれぞれ示している。 In Table 1, the case of the evaluation module subjected to the repair A performed at room temperature (Comparative Example 1) and the case of the evaluation module subjected to the repair B performed by heating the conductive substrate (Examples 1 to 3). The defective rate of each is shown.
リペアAを施した比較例1では、電圧印加試験の1分経過後に絶縁層の抵抗値を求めたところ、抵抗値が不良と評価される評価用モジュールは6枚中2枚であり、不良率は33.3%であった。一方、導電性基板を85℃に加熱してリペアBを施した実施例1では、電圧印加試験の1分経過後に絶縁層の抵抗値を求めたところ、抵抗値が不良と評価される評価用モジュールはなかった。そのため、実施例1では、比較例1と比べて絶縁層の抵抗値の不良率が低下している。また、導電性基板を130℃に加熱してリペアBを施した実施例2、3では、電圧印加試験で長時間(24時間、5時間)電圧を印加した後に絶縁層の抵抗値を求めたところ、抵抗値が不良と評価される評価用モジュールはなく、長時間にわたって不良率を低下できることが分かる。 In Comparative Example 1 in which repair A was performed, when the resistance value of the insulating layer was determined after 1 minute of the voltage application test, the resistance value was evaluated as defective in 2 out of 6 evaluation modules, and the defect rate was high. Was 33.3%. On the other hand, in Example 1 in which the conductive substrate was heated to 85 ° C. and repaired B was performed, the resistance value of the insulating layer was determined after 1 minute of the voltage application test, and the resistance value was evaluated as defective. There was no module. Therefore, in Example 1, the defective rate of the resistance value of the insulating layer is lower than that in Comparative Example 1. Further, in Examples 2 and 3 in which the conductive substrate was heated to 130 ° C. and repair B was performed, the resistance value of the insulating layer was obtained after applying the voltage for a long time (24 hours, 5 hours) in the voltage application test. However, it can be seen that there is no evaluation module whose resistance value is evaluated as defective, and the defective rate can be reduced over a long period of time.
なお、表1には記載がないが、リペア工程で500Vを超える電圧を導電性基板と第1の電極層との間に印加しようとした場合では、絶縁層以外の場所(縁切り部)で電流が流れる箇所が生じた。従って、導電性基板と第1の電極層との間に500Vを超える電圧を印加するリペア工程では、500Vを印加するリペア工程より大きな効果は得られなかった。
また、太陽電池サブモジュールを150℃以上に加熱した場合では、太陽電池モジュールの出力特性が低下した。このため、導電性基板を150℃以上に加熱してリペアすると、太陽電池モジュールの出力特性の低下の要因となる。
Although not shown in Table 1, when a voltage exceeding 500 V is applied between the conductive substrate and the first electrode layer in the repair process, the current is applied at a place (edge cutting portion) other than the insulating layer. There was a place where the current flowed. Therefore, the repair step of applying a voltage exceeding 500 V between the conductive substrate and the first electrode layer did not obtain a greater effect than the repair step of applying 500 V.
Further, when the solar cell submodule was heated to 150 ° C. or higher, the output characteristics of the solar cell module deteriorated. Therefore, if the conductive substrate is heated to 150 ° C. or higher for repair, it causes a decrease in the output characteristics of the solar cell module.
図6(b)は、リペア工程を経て製造された太陽電池モジュールについて、評価用モジュールで電圧印加DH試験を約1000時間行った後の絶縁層の抵抗値を算出し、各々のリペア工程の効果を確認した結果(表2)を示している。
表2の例においては、比較例2ではリペアAの工程のみを行っている。これに対し、実施例4〜6においては、比較例2と同じ条件でリペアAの工程を行った後、リペアBの工程を行っている。実施例4〜6のリペアBでは、導電性基板の加熱温度は130℃、リペア時の印加電圧は500Vで共通するが、リペア時の電流の制限値(3mA、5mA、10mA)がそれぞれ相違している。なお、比較例2、実施例4〜6で用いた評価用モジュールは、いずれも電圧印加DH試験前において絶縁層の抵抗値は合格の条件を満たしている。
FIG. 6B shows the effect of each repair step by calculating the resistance value of the insulating layer after the voltage application DH test was performed on the evaluation module for about 1000 hours for the solar cell module manufactured through the repair step. The result of confirming (Table 2) is shown.
In the example of Table 2, in Comparative Example 2, only the repair A step is performed. On the other hand, in Examples 4 to 6, the repair A step is performed under the same conditions as in Comparative Example 2, and then the repair B step is performed. In Repair B of Examples 4 to 6, the heating temperature of the conductive substrate is 130 ° C., and the applied voltage at the time of repair is 500 V in common, but the current limit values (3 mA, 5 mA, 10 mA) at the time of repair are different from each other. ing. In each of the evaluation modules used in Comparative Example 2 and Examples 4 to 6, the resistance value of the insulating layer before the voltage application DH test satisfied the acceptance condition.
表2において、比較例2では、電圧印加DH試験の1000時間経過後に絶縁層の抵抗値を求めたところ、全ての評価用モジュールで抵抗値が不良と評価された。一方、実施例4〜6では、電圧印加DH試験の1053時間経過後に絶縁層の抵抗値を求めたところ、全ての評価用モジュールで抵抗値が合格基準を満たしていた。 In Table 2, in Comparative Example 2, when the resistance value of the insulating layer was determined after 1000 hours of the voltage application DH test, the resistance value was evaluated as defective in all the evaluation modules. On the other hand, in Examples 4 to 6, when the resistance value of the insulating layer was determined after 1053 hours of the voltage application DH test, the resistance values of all the evaluation modules satisfied the acceptance criteria.
図7は、第3のパターニング後にリペア工程を行った場合における実施例の太陽電池モジュールの出力特性(表3)を示している。また、図8(a)は、第3のパターニング後にリペア工程を行った場合における比較例の太陽電池モジュールの出力特性(表4)を示している。
表3、表4において、Pmaxは、最大出力であり、Vocは開放電圧であり、Iscは短絡電流である。また、FFは曲線因子であり、Rsは直列抵抗であり、Rshは並列抵抗である。
FIG. 7 shows the output characteristics (Table 3) of the solar cell module of the embodiment when the repair step is performed after the third patterning. Further, FIG. 8A shows the output characteristics (Table 4) of the solar cell module of the comparative example when the repair step is performed after the third patterning.
In Tables 3 and 4, Pmax is the maximum output, Voc is the open circuit voltage, and Isc is the short-circuit current. Further, FF is a curve factor, Rs is a series resistance, and Rsh is a parallel resistance.
表3に示す実施例7〜14では、リペアA、リペアBの工程を行う際に、複数に分割された第2の電極層を導電性シート(具体的にはアルミ箔)で覆って電気的に接触させ、各々の第2の電極層を同電位としている。一方、表4に示す比較例3〜10では、導電性シートを使用せずに、第2の電極層が分割されたままの状態でリペアA、リペアBの工程を行っている。実施例7〜14(表3)、比較例3〜10(表4)のいずれも、リペアAの条件と、リペアBの条件のうち導電性基板の加熱温度(130℃)とリペア時の電流の制限値(10mA)は共通であり、リペアBでの印加電圧が140V〜500Vの間で相違している。また、表3、表4の出力特性の値は、リペアBでの印加電圧が140Vのときに得られる出力特性を基準として規格化されている。 In Examples 7 to 14 shown in Table 3, when the steps of repair A and repair B are performed, the second electrode layer divided into a plurality of parts is covered with a conductive sheet (specifically, aluminum foil) and electrically. And each second electrode layer has the same potential. On the other hand, in Comparative Examples 3 to 10 shown in Table 4, the repair A and repair B steps are performed in a state where the second electrode layer is still divided without using the conductive sheet. In each of Examples 7 to 14 (Table 3) and Comparative Examples 3 to 10 (Table 4), the heating temperature (130 ° C.) of the conductive substrate and the current at the time of repair among the conditions of repair A and repair B The limit value (10 mA) of is common, and the applied voltage in repair B is different between 140 V and 500 V. Further, the values of the output characteristics in Tables 3 and 4 are standardized based on the output characteristics obtained when the applied voltage in the repair B is 140V.
表3に示す実施例7〜14の場合、リペアBでの印加電圧が高いほどPmaxの値が高くなる。したがって、複数に分割された第2の電極層を同電位にしてリペアを行う場合には、印加電圧を高くすることで初期出力特性を改善できることが分かる。なお、第3のパターニング前に一体化されている第2の電極層を用いてリペア工程を行う場合においても、上記と同様に印加電圧を高くすることで初期出力特性を改善できる。
一方、表4に示す比較例3〜10の場合、リペアBでの印加電圧を高くすることでPmaxなどの初期出力特性が低下した。比較例では、分割された第2の電極層の間に電位差が生じるため絶縁層に一様に電圧を印加することができず、また一部の単位光電変換素子に逆バイアスが印加されて単位光電変換素子が劣化したと考えられる。
In the case of Examples 7 to 14 shown in Table 3, the higher the applied voltage in the repair B, the higher the value of Pmax. Therefore, it can be seen that the initial output characteristics can be improved by increasing the applied voltage when repairing is performed with the second electrode layer divided into a plurality of parts having the same potential. Even when the repair step is performed using the second electrode layer integrated before the third patterning, the initial output characteristics can be improved by increasing the applied voltage in the same manner as described above.
On the other hand, in the case of Comparative Examples 3 to 10 shown in Table 4, the initial output characteristics such as Pmax were lowered by increasing the applied voltage in the repair B. In the comparative example, a potential difference is generated between the divided second electrode layers, so that the voltage cannot be uniformly applied to the insulating layer, and a reverse bias is applied to some unit photoelectric conversion elements. It is considered that the photoelectric conversion element has deteriorated.
図8(b)は、第3のパターニング後にリペア工程を経て製造された太陽電池モジュールについて、評価用モジュールで電圧印加DH試験を約1000時間行った後の絶縁層の抵抗値を算出し、各々のリペア工程の効果を確認した結果(表5)を示している。
表5に示す実施例15、16では、リペアA、リペアBの工程を行う際に、複数に分割された第2の電極層を導電性シート(具体的にはアルミ箔)で覆って電気的に接触させ、各々の第2の電極層を同電位としている。なお、実施例15、16で用いた評価用モジュールは、いずれも電圧印加DH試験前において絶縁層の抵抗値は合格の条件を満たしている。
実施例15、16では、電圧印加DH試験の1032時間経過後、あるいは1154時間経過後に絶縁層の抵抗値を求めたところ、全ての評価用モジュールで抵抗値が合格基準を満たしていた。
FIG. 8B shows the resistance value of the insulating layer of the solar cell module manufactured through the repair step after the third patterning after performing the voltage application DH test for about 1000 hours with the evaluation module. The result of confirming the effect of the repair process (Table 5) is shown.
In Examples 15 and 16 shown in Table 5, when the steps of repair A and repair B are performed, the second electrode layer divided into a plurality of parts is covered with a conductive sheet (specifically, aluminum foil) and electrically. And each second electrode layer has the same potential. In each of the evaluation modules used in Examples 15 and 16, the resistance value of the insulating layer before the voltage application DH test satisfies the condition of passing.
In Examples 15 and 16, when the resistance value of the insulating layer was determined after 1032 hours or 1154 hours of the voltage application DH test, the resistance values of all the evaluation modules satisfied the acceptance criteria.
<実施形態の補足事項>
上記実施形態では、集積型構造の太陽電池モジュールの構成を説明したが、太陽電池モジュールは1つの光電変換素子で構成される単セル構造であってもよい。単セル構造の場合、図2で説明した各パターニングの工程(S3、S7、S12)と第1の絶縁検査の工程(S4)は不要になる。また、単セル構造の場合、一方の電極(例えば負極)への配線は第2の電極層の表面に接続すれば足りる。
<Supplementary matters of the embodiment>
In the above embodiment, the configuration of the solar cell module having an integrated structure has been described, but the solar cell module may have a single cell structure composed of one photoelectric conversion element. In the case of the single cell structure, the patterning steps (S3, S7, S12) and the first insulation inspection step (S4) described with reference to FIG. 2 are not required. Further, in the case of a single cell structure, it is sufficient to connect the wiring to one electrode (for example, the negative electrode) to the surface of the second electrode layer.
また、本発明は太陽電池に限定されず、導電性基板上に絶縁層を積層し、当該絶縁層の上に電極層および光電変換層が形成されている光電変換素子(受光素子や発光素子など)の製造に広く適用することができる。 Further, the present invention is not limited to a solar cell, and a photoelectric conversion element (light receiving element, light emitting element, etc.) in which an insulating layer is laminated on a conductive substrate and an electrode layer and a photoelectric conversion layer are formed on the insulating layer. ) Can be widely applied to the production.
以上のように、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図しない。実施形態は、上記以外の様々な形態で実施することが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更など、を行える。実施形態およびその変形は、本発明の範囲および要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明およびその均等物についても、本発明の範囲および要旨に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments are presented as an example and are not intended to limit the scope of the present invention. The embodiment can be implemented in various forms other than the above, and various omissions, substitutions, changes, etc. can be made without departing from the gist of the present invention. The embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the present invention, and the inventions described in the claims and their equivalents are also included in the scope and gist of the present invention.
10 光電変換素子
11 導電性基板
12 第1の電極層
13 光電変換層
14 バッファ層
15 第2の電極層
18 正極
19 負極
21 絶縁層
22 縁切り溝
23 配線敷設部
24 導電性シート
100 太陽電池サブモジュール
10
Claims (7)
前記導電性基板の前記絶縁層の上に、第1の電極層を形成する工程と、
前記第1の電極層の上に光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層の上に第2の電極層を形成する工程と、
前記第2の電極層の形成後に、前記導電性基板と前記第1の電極層に電圧を印加して前記絶縁層の絶縁不良を修復する第1リペア工程と、を含み、
前記第1リペア工程では、前記絶縁層が室温よりも加熱された状態で電圧が印加される
光電変換素子の製造方法。 A method for manufacturing a photoelectric conversion element using a conductive substrate having an insulating layer.
A step of forming a first electrode layer on the insulating layer of the conductive substrate, and
A step of forming a photoelectric conversion layer on the first electrode layer and
A step of forming a second electrode layer on the photoelectric conversion layer and
After the formation of the second electrode layer, a first repair step of applying a voltage to the conductive substrate and the first electrode layer to repair the insulation defect of the insulating layer is included.
In the first repair step, a method for manufacturing a photoelectric conversion element in which a voltage is applied while the insulating layer is heated above room temperature.
前記第1リペア工程で印加される電圧は、前記第2リペア工程で印加される電圧よりも大きく、
前記第1リペア工程での電流の制限値は、前記第2リペア工程での電流の制限値よりも小さい
請求項1に記載の光電変換素子の製造方法。 Prior to the first repair step, a voltage is applied to the conductive substrate and the first electrode layer in a state where the temperature of the insulating layer is lower than that of the first repair step to repair the insulation defect of the insulating layer. Including the second repair step to be performed
The voltage applied in the first repair step is larger than the voltage applied in the second repair step.
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the current limit value in the first repair step is smaller than the current limit value in the second repair step.
少なくとも前記第2の電極層を前記平面方向に分割する工程をさらに含み、
前記第1リペア工程では、前記平面方向に分割される前の前記第2の電極層を介して複数の前記第1の電極層に電圧を印加する
請求項1または請求項2に記載の光電変換素子の製造方法。 A plurality of the photoelectric conversion elements are arranged on the insulating layer in the plane direction of the conductive substrate.
Further including a step of dividing at least the second electrode layer in the plane direction.
The photoelectric conversion according to claim 1 or 2, wherein in the first repair step, a voltage is applied to the plurality of the first electrode layers via the second electrode layer before being divided in the plane direction. Manufacturing method of the element.
少なくとも前記第2の電極層を前記平面方向に分割する工程をさらに含み、
前記第1リペア工程では、前記平面方向に分割された後の複数の前記第2の電極層を平面状の導電性部材で電気的に接続し、前記導電性部材および前記第2の電極層を介して複数の前記第1の電極層に電圧を印加する
請求項1または請求項2に記載の光電変換素子の製造方法。 A plurality of the photoelectric conversion elements are arranged on the insulating layer in the plane direction of the conductive substrate.
Further including a step of dividing at least the second electrode layer in the plane direction.
In the first repair step, a plurality of the second electrode layers after being divided in the plane direction are electrically connected by a planar conductive member, and the conductive member and the second electrode layer are connected. The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, wherein a voltage is applied to a plurality of the first electrode layers via the conductor.
前記第1リペア工程および前記第2リペア工程での電圧印加は、光電変換素子の順バイアス方向で行われる
請求項2に記載の光電変換素子の製造方法。 A plurality of the photoelectric conversion elements are arranged on the insulating layer in the plane direction of the conductive substrate.
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the voltage application in the first repair step and the second repair step is performed in the forward bias direction of the photoelectric conversion element.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。 The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5, wherein the insulating layer in the first repair step is heated to 85 ° C. to 130 ° C.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法。
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6, wherein the voltage applied in the first repair step is 140V to 500V.
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