JP2939075B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュール

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JP2939075B2
JP2939075B2 JP4344800A JP34480092A JP2939075B2 JP 2939075 B2 JP2939075 B2 JP 2939075B2 JP 4344800 A JP4344800 A JP 4344800A JP 34480092 A JP34480092 A JP 34480092A JP 2939075 B2 JP2939075 B2 JP 2939075B2
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裕二 井上
勉 村上
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池モジュール、
特に太陽電池セルの直列化工程の改良に関するものであ
る。

【0002】

【従来の技術】アモルファスシリコン太陽電池は、図8
に示すように、導電性基体804と、アモルファスシリ
コンから成る光電変換層803と、反射防止層を兼ねた
透明導電層802と、集電用グリッド電極801とがそ
の順序で形成されており、該グリッド電極801側から
入射する光は光電変換層803内で電流に変換され、透
明導電層802を介して、集電用グリッド電極801と
導電性基体804の間から出力として取り出されるが、
光電変換層803が、例えばアモルファスシリコンの一
層のみから成る場合、その出力電圧は0.7V程度の低
い値であるので、実用上は数個から数百個の光電変換層
を直列に接続する等、各種の出力増大の手法が採用され
ている。具体的には、導電性基体上に光電変換層を設け
た太陽電池セルの場合、配線材を介して直接的な配線を
施し、もってセルを直列接続をした太陽電池モジュール
として作製する必要があった。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】従来、太陽電池モジュ
ールは、図6に示す構成が知られているが、この場合、
直列化を行うために太陽電池セル601内に基板露出部
分602を設ける必要があるので、該基板露出部分60
2は太陽電池の発電に寄与しない部分であり、有効面積
が小さくなって太陽電池の有効利用が図ることができな
いこと、バスバー604を設ける必要があるためにこの
部分も影になり変換効率の損失となること、基板露出部
602の形成や太陽電池セル601のような複雑な形状
を作製することが難しい等の製造上の問題がある。

【0004】さらには、電気的接続が不安定であること
や太陽電池に対して外力が加わって曲げられたとき容易
に接続が不良となる問題があった。

【0005】

【発明の目的】本発明は、上記従来技術の課題を解決す
るべくなされたもので、バスバーを用いた直列化工程に
代えて、作業工数が少なく生産性の高い太陽電池モジュ
ールを提供することを目的とする。

【0006】また、本発明の他の目的は、変換効率が高
く、太陽電池モジュールの厚みが薄く、軽量であり、し
かも高品質で、安価な太陽電池モジュールを提供するこ
とにある。

【0007】

【課題を解決するための手段】本発明は、下部電極、該
下部電極の上に設けた半導体層、及び該半導体層の上に
設けた透明導電膜で形成した上部電極を備えた太陽電池
セルを複数配置し、該複数配置した太陽電池セルのう
ち、隣り合って配置した太陽電池セル間に、該隣り合う
太陽電池セルを跨いで、且つ該隣り合う太陽電池セルの
うちの一方の太陽電池セルにおける下部電極と絶縁さ
せ、該隣り合う太陽電池セルのうちの他方の太陽電池セ
ルにおける下部電極と接続させた背面導電体及び該透明
導電膜と、該半導体層と、該下部電極とを貫通し、該下
部電極を絶縁被覆した透孔を備えてなり、該背面導電体
と該一方の太陽電池セルの上部電極とは、該透孔内に設
けた導体を通して接続させてなる太陽電池モジュールに
特徴を有する。

【0008】前記透孔内に設ける導体としては、導電性
接着剤、例えば微粉末状の金、銀、銅、ニッケル、カー
ボン等を、バインダーポリマーに分散させたものが好適
である。該バインダーポリマーとしては、ポリエステ
ル、エポキシ、アクリル、ポリビニルアセテート、ゴ
ム、ウレタン、フェノール等の樹脂が挙げられる。特
に、感圧型の接着剤たるアクリル系、ゴム系のものを用
いれば、加熱硬化が不要となり、工数削減に寄与でき
る。

【0009】前記絶縁性の接着剤としては、感圧型の接
着剤たるアクリル系、シリコン系、ゴム系のものが好適
である。

【0010】本発明に係る太陽電池モジュールの製造過
程に用いられる平板としては、モジュール内に封止する
ときには薄い塗装鋼板やナイロン樹脂シート、ポリエス
テル樹脂シート等が好適であり、一緒に封止しないとき
には、接着剤が付着しないPTFEシート等が好適であ
る。

【0011】前記封止用樹脂としては、エチレン−酢酸
ビニル共重合体(EVA樹脂)、ポリビニルブチラー
ル、シリコン樹脂が好ましい。

【0012】前記導電性基体としては、ステンレス、ア
ルミニウム、銅、カーボンシート等が挙げられる。

【0013】前記光電変換機能を有する半導体層として
は、pin接合アモルファスシリコン、pn接合多結晶
シリコン、CuIn2Se2/CdS等が挙げられる。該
半導体層は、アモルファスシリコンの場合はシランガス
等のプラズマCVDにて、多結晶シリコンの場合は溶融
シリコンのシート化にて、CuIn2Se2の場合は電子
ビーム蒸着、スパッタリング等にて形成される。

【0014】上部電極となる透明電極としては、酸化イ
ンジウム、酸化すず、ITO、酸化亜鉛、酸化チタン、
高濃度不純物ドープした結晶性半導体層等が好適であ
り、その形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム
蒸着、スパッタリング法、スプレー法、CVD法、不純
物拡散法等が挙げられる。

【0015】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明する。

【0016】(実施例1) 図1は本実施例に係る直列化太陽電池モジュールの完成
後の状態を示すものであり、図2は該太陽電池モジュー
ルの製造工程を示すものであり、また、図3は本実施例
に係る太陽電池セルの断面構造を示すものである。

【0017】図1に示す太陽電池セル100は以下の手
順で作製した。まず、基板101については、鏡面研磨
を施して充分に脱脂、洗浄を行ったSUS430BA製
基板(幅10cm、長さ5cm、厚み0.1mm)を不
図示のDCスパッタ装置に入れ、Crを200Å堆積
し、下部電極102を形成した。

【0018】次いで、基板101を取り出して、不図示
のRFプラズマCVD成膜装置に挿入し、図3に示すよ
うに、n層103、i層104、p層105の順で堆積
を行った。その後、不図示の抵抗加熱の蒸着装置に入れ
て、InとSnの合金を抵抗加熱により蒸着し、反射防
止効果を兼ねた機能を有する上部電極106を700Å
の厚みで堆積した。

【0019】次に、前記基板101を不図示のスクリー
ン印刷機(東海精機製HK−4060)に設置し、幅2
00μm長さ4cmの集電電極107を間隔1cmで印
刷した。このとき導電性ペーストは、銀ペーストを用い
た。該銀ペーストを印刷した後、基板101を加熱炉に
入れて150℃で5分間保持し導電性ペーストをキュア
した。

【0020】次に、図2(a)に示すように、集電電極
107の端部から張り出した太陽電池セルの中央に、図
2(b)に示すように、直径1mmの透孔(スルーホー
ル)108を開口した。さらに、スルーホール部の短絡
を避けるために、以下のような手順でエッチングを行っ
た。

【0021】まず、太陽電池セル100をAlCl
3(6H2O)の水溶液に浸漬し、対向電極をステンレス
基板として、マイナス3Vの電圧を5秒間印加した。続
いて、アクリル系アニオン電着塗料を用いて絶縁層10
9を堆積させた(図2(c))。この場合、電解槽とし
ては図7に示す構成のものを用いた。

【0022】その後、スルーホール108と集電電極1
07とを連結するようにハンダペーストを置き、加熱炉
でリフローを行って接続部材110を形成した(図2
(d))。さらに、接着剤付きの幅10mmの銅箔の直
列化部材111を太陽電池セル100の裏面に接着した
(図2(e))。

【0023】同様の方法で太陽電池を10枚作製した。
図2(f)は2枚の直列化太陽電池セルを示すものであ
る。

【0024】次に、この直列化太陽電池のエンカプシュ
レーションを以下のように行った。太陽電池セル100
の上下にEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)を積
層し、さらにそのフッ素樹脂フィルムETFE(エチレ
ンテトラフルオロエチレン)を積層した後、真空ラミネ
ーターに投入して150℃で60分間保持し、真空ラミ
ネーションを行い太陽電池モジュールを作製した。以上
のようにして太陽電池モジュールを10個作製した。

【0025】得られた太陽電池モジュールの初期特性に
ついては以下の手順で測定した。

【0026】まず、キセノンランプによる疑似太陽光源
(以下シミュレータという)を用いてAM1.5の太陽
光スペクトルを100mW/cm2の強度で照射し太陽
電池セルの電流電圧特性を測定した。この特性を太陽電
池の開ロ面積で規略化して開ロ部分の変換効率を求め
た。この変換効率の平均値は6.5%であった。この結
果から、本発明の直列化太陽電池は開ロ部の変換効率が
高いものであることがわかる。

【0027】前記基板は、導電性の材料であって下部電
極を兼ねるものであり、具体的にはFe,Ni,Cr,
Al,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pb
等の金属又はこれらの合金、例えば真鍮、ステンレス鋼
等の薄板及びその複合体が用いられる。

【0028】また、前記基板の表面を平滑化あるいはテ
クスチャー化するために、上述と同様の材料、手段を用
いて薄膜の下部電極を作製しても良い。

【0029】前記p層、i層、n層は、通常の薄膜作製
プロセスに依って作製されるもので、蒸着法、スパッタ
法、高周波プラズマCVD法、マイクロ波プラズマCV
D法、ECR法、熱CVD法、LPCVD法等公知の方
法を所望に応じて用いることにより作製できる。工業的
に採用されている方法としては、原料ガスをプラズマで
分解し、基板上に堆積させるプラズマCVD法が好んで
用いられる。

【0030】また、反応装置としては、バッチ式空装置
や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。

【0031】本実施例の構成は、分光感度や電圧の向上
を図るべく、pin接合を2以上積層したいわゆるタン
デム式の太陽電池セルにも適用できる。

【0032】前記上部電極としては太陽や白色蛍光灯等
からの光を半導体層内に効率良く吸収させるためのいわ
ゆる透明電極であることが必要で所望の物性値として
は、光の透過率が85%以上であることが望ましく、さ
らに、電気的には光で発生した電流を半導体層に対し横
方向に流れるようにするためシート抵抗値は100Ω/
ロ以下であることが望ましい。

【0033】かかる特性を備えた透明電極の材料として
は、SnO2,In23,ZnO,CdO,CdSn
4,ITO(In23+SnO2)などの金属酸化物が
挙げられる。

【0034】これらの作製方法としては、抵抗加熱蒸着
法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッタリング法、スプレ
ー法等を用いることができ、所望に応じて適宣選択され
る。前記集電電極は不透明であるので有効面積の損失と
なる。集電電極の面積を減らし、かつ、電流を有効に取
り出すために集電電極の比抵抗を小さくし、かつ、電極
の断面積を増加することが有効な手段である。従って、
電極材料としては、銀や銅のように比抵抗の低い材料が
好適である。

【0035】例えば銀の比抵抗は、1.62×10-6Ω
Cmであり、銅の比抵抗は1.72×10-6Ωcmであ
るが、これに対しアルミニュウムでは2.75×10-6
Ωcm、亜鉛では5.9×10-6Ωcmである。これら
の電極を形成する方法として、スパッタ法や、真空蒸着
法、エレクトロンビーム蒸着法等の蒸着法、メッキ法、
スクリーン印刷法などがある。蒸着法では良質の金属が
堆積でき、かつ半導体とのオーミックコンタクトも良好
であるが、堆積速度が遅いことや真空プロセスを用いる
ためスループットに時間がかかること、また、マスキン
グが必要であるという問題がある。

【0036】メッキ法では、Niの無電解メッキが一般
的に行われているが剥離し易いこととマスクが必要であ
るという問題がある。スクリーン印刷法は最も自動化し
易くかつ量産性が高いという特徴を有している。

【0037】印刷される導電性ペーストは、Ag,P
t,Cu,C等の金属またはこれらの合金の粉末にポリ
マーから成るバインダーおよび該バインダーの溶剤を適
度な比率で混合し、ペースト状としたものである。所望
の比抵抗としては集電電極の幅、長さ、厚みなどの設計
にもよるが、太陽電池で発電した電流を流すときに抵抗
とならないことが必要であり、10-5Ωcm程度が必要
である。

【0038】スクリーン印刷法はナイロンやステンレス
から成るメッシュに、所望のパターニングを施したスク
リーンを用いて導電性ペーストを印刷インキとして用い
るものであり、電極幅としては、最小で50μm位とす
ることができる。印刷機は市販のものが好適に用いられ
る。スクリ一ン印刷した導電性ペーストはバインダーを
架橋させるため及び溶剤を揮発させるために乾燥炉で加
熱する。

【0039】前記太陽電池セルの一部に形成されるスル
ーホールは、前記集電電極を基板裏面に引き出すため透
孔である。

【0040】前記スルーホールの大きさは、後工程で導
電性物質を充填可能な大きさが必要であり、かつ、発電
面積の損失を最小限にする必要からできるだけ小さいこ
とが必要で、直径約100μmから2mmくらいの大き
さが好適である。かかる貫通孔を形成するためには、通
常、プリント基板のスルーホールを形成する場合と同様
にドリルによる方法や、また穴が小さい場合にはレーザ
ーによる方法が用いられる。

【0041】スルーホール部近傍の電極をエツチングに
より除去する場合、例えば、上部電極としてITOを用
いる場合について述ベると、Al,Cl,(6H2O)
の水溶液に太陽電池セルを浸漬し、太陽電池セルにマイ
ナスの電圧を印加することにより、ショート部分のIT
Oを選択的に除去することが可能となる。

【0042】また、スルーホール近傍は絶縁処理される
が、これにより、隣接する太陽電池同士の間に無用な間
隙を設ける必要がなく、従って両セルを接触させること
が可能になり太陽電池の開口面積の中の有効面積が増え
ることとなる。

【0043】該スルーホールに設けられる絶縁層は、光
透過性の材料であれば太陽光の入射を妨げず、変換効率
に影響を与えないため望ましい。また、太陽電池として
屋外で使用する場合の環境を考え、耐候性が良く、熱、
湿度及び光に対する安定性が要求される。

【0044】また、場合によっては、太陽電池が曲げら
れたり衝撃が与えられるため、機械的な強度も合わせ持
つ必要がある。かかる耐曲げ性の強い材科としては、高
分子樹脂が好適であり、具体的にはポリエステル、エチ
レン−酢酸ビニル共重合体、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、ウレタン等が用いられる。前記高分子樹脂の好適な
分子量としては数平均分子量が1〜2万程度である。

【0045】また、絶縁層の膜厚としては、電気的絶縁
性が保たれかつ、光透過性を損なわれないことが好まし
いことから、高分子樹脂の種類により適宜選択されるが
代表的には数μmから数10μm位が適当である。かか
る高分子樹脂を積層するのは、通常の手法が用いられる
が、例えば溶剤に溶かしてスピンコートやディッピング
する方法、熱で溶融しローラでコーティングする方法、
電界重合で堆積する方法、電着で堆積する方法、プラズ
マ重合による方法などが用いられ高分子樹脂の物性及び
所望の膜厚など諸条件から適宜決定されるがスルーホー
ルの絶縁や、エッジ部分の絶縁処理を行うにはディッピ
ング法、電着法などが好適である。

【0046】とりわけ、電着法は水溶性の溶媒を用いる
ことが可能となるので、廃液の処理が簡単であることや
電流のコントロールで膜厚が容易に制御出来ることや、
スルーホール部分の被覆に適していることなどの特徴を
有する好適な方法として用いられる。かかる電着の装置
としては、例えば図7に示すものが使用できる。

【0047】図7において701は電着槽、702は電
着液、703は対向電極、704は基板、705は上部
電極、706は電源、707は導線を示す。

【0048】スルーホール部分に設けられるの接続部材
の材料としては、集電電極と同様の材料を用いることが
できるが、好ましくはハンダが用いられ、例えばハンダ
をスルーホールにリフローにより充填する方法が用いら
れる。

【0049】直列化部材は、隣接する太陽電池セル間の
電流を基板の裏面側に流れるようにして直列接続するた
めの部材である。材料としては、Ag,Pt,Cu等の
金属やCまたはこれらの合金から成るものを用いること
ができ、ワイヤー状、箔状のものを張り付けたり、前記
集電電極と同様の導電性ペーストを用いても良い。該箔
状のものとしては、例えば銅箔や、或いは銅箔に錫メッ
キしたもので、場合によっては接着剤付きのものが用い
られる。

【0050】(比較例) 本比較例は、図6に示すような従来の直列化太陽電池モ
ジュールに係るものであり、以下のように作製した。ま
ず、実施例1の場合と同様に、太陽電池セル600を作
製するべく、SUS430BA製基板(幅10cm、長
さ5cm、厚み0.1mm)601上に下部電極、n
層、i層、p層の順で半導体層の堆積を行って上部電極
を堆積した。その後、基板601をプレス切断により切
断し、グラインダーにより半導体層を削り取って基板露
出部602を形成した。

【0051】次に、実施例1の場合と同様に、不図示の
スクリーン印刷機を用いて幅200μm、長さ4cmの
集電電極603を間隔1cmで印刷し、加熱炉でキュア
した。

【0052】次に、錫メッキした銅箔のバスバー604
を張り付けた。同様の方法で太陽電池を10枚作製し
た。これらを10枚直列に接続し、直列化太陽電池を作
製した。なお、図7は2枚の太陽電池セルを2枚直列化
したものを示している。

【0053】続いて、この直列化太陽電池のエンカプシ
ュレーションを実施例1と同様に行って太陽電池モジュ
ールを10個作製した。

【0054】得られた太陽電池モジュールの初期特性に
ついては、実施例1と同様に測定した結果、開ロ部変換
効率の平均値は5.3%であった。従って、この結果か
ら実施例1のものは、開ロ部変換効率が良好であること
が理解できるが、これは比較例に比ベて発電に寄与しな
い部分が少ないことによる。

【0055】(実施例2) 図4、図5は実施例2の構成示すものであり、本実施例
に係る太陽電池セル400は以下のような手順で作製し
た。

【0056】上部電極の形成までの工程は実施例1と同
様に行った。次に、不図示のスクリーン印刷機で幅20
0μm長さ4cmの集電電極407を間隔1cmで印刷
し、キュアした。次に、錫メッキした銅箔のバスバー4
12を張り付け、バスバー412の端部であって太陽電
池セル400の張り出した部分の中央位置に、直径が1
mmのスルーホール408を開口した。さらに、スルー
ホール部の短絡を避けるため、実施例1と同様にエッチ
ングを行った。さらに、アクリル系アニオン電着塗料を
用いて絶縁層409を堆積した。

【0057】その後、スルーホール408とバスバー4
12が接続するようにハンダペ一ストを置き、接続部材
410を形成した。さらに、接着剤付きで幅10mmの
銅箔から成る直列化部材411を太陽電池セル400の
裏面に接着した。同様の方法で太陽電池セルを10枚作
製し、これらを直列化した。

【0058】次に、この直列化太陽電池のエンカプシュ
レーションを実施例1と同様に行い、太陽電池モジュー
ルを10個作製した。得られた太陽電池ジュールの初期
特性については実施例1と同様に測定した。開口部の変
換効率の平均値は6.1%であり比較例に比ベ高い値で
あった。

【0059】

【発明の効果】以上述ベたように、本発明によれば、薄
型の直列接続であり全体としてフラットかつフレキシブ
ルであり、全面接続なので、電流集中がなく電力損失を
少なくでき、接続用部材の一部が離脱しても直列接続が
保たれて信頼性が高く、絶縁樹脂塗布、半田付け、バス
バー取付け等の工程が夫々不要であり、表面だけで接続
できるので、工程の自動化が容易になる。すなわち、上
記のように、本発明に係る太陽電池モジュールは、生産
性、信頼性、外観性に優れており、その工業的利用価値
が高い。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の第1の実施例に係る太陽電池モジュー
ルの平面図である。

【図2】図1に示す太陽電池モジュールの製造工程を示
す図である。

【図3】第1の実施例で用いたアモルファス太陽電池セ
ルの一構成例を示す断面図である。

【図4】本発明の第2の実施例に係る太陽電池モジュー
ルの直列化工程の一部を示す平面図である。

【図5】図4に示す太陽電池モジュールの直列化工程の
断面図である。

【図6】比較例に係る太陽電池モジュールを示す平面図
である。

【図7】電着槽の構成例を示す断面図である。

【図8】太陽電池セルの模式的側面図である。

【符号の説明】

100 太陽電池セル、101 基板、102 下部電
極103 n層、104 i層、105 p層、106
上部電極、107 集電電極、108 透孔(スルー
ホール)、109 絶縁層、110 接続部材、111
直列化部材(背面導電体)、400 太陽電池セル、
407 集電電極、408 透孔(スルーホール)、4
09 絶縁層、410 接続部材、411 直列化部
材、412 バスバー、601 太陽電池セル、602
基板露出部分、603 集電電極、604 バスバ
ー、701 電着槽、702 電着液、703 対向電
極、704 基板、705 上部電極、706 電源、
707 導線、801 集電用グリッド電極、802
透明導電層、803 光電変換層、804 導電性基
体、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/042 H01L 31/04

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下部電極、該下部電極の上に設けた半導
    体層、及び該半導体層の上に設けた透明導電膜で形成し
    た上部電極を備えた太陽電池セルを複数配置し、該複数
    配置した太陽電池セルのうち、隣り合って配置した太陽
    電池セル間に、該隣り合う太陽電池セルを跨いで、且つ
    該隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルに
    おける下部電極と絶縁させ、該隣り合う太陽電池セルの
    うちの他方の太陽電池セルにおける下部電極と接続させ
    た背面導電体及び該透明導電膜と、該半導体層と、該下
    部電極とを貫通し、該下部電極を絶縁被覆した透孔を備
    えてなり、該背面導電体と該一方の太陽電池セルの上部
    電極とは、該透孔内に設けた導体を通して接続させてな
    る太陽電池モジュール。
  2. 【請求項2】 前記太陽電池セルは、前記透孔を複数備
    えてなる請求項1項記載の太陽電池モジュール。
  3. 【請求項3】 前記上部電極の上に線状電極を複数配線
    し、該複数配線された線状電極を共通配線に接続させ、
    該共通配線を前記透孔内に設けた導体と接続させてなる
    請求項1記載の太陽電池モジュール。
  4. 【請求項4】 前記透孔の直径を100μm〜2mmと
    した請求項1記載の太陽電池モジュール。
  5. 【請求項5】 前記透孔は、レーザーによって形成して
    なる請求項1又は4記載の太陽電池モジュール。
  6. 【請求項6】 前記半導体層は、アモルファスシリコン
    半導体を有する層である請求項1記載の太陽電池モジュ
    ール。
  7. 【請求項7】 前記半導体層は、pin接合をもつ半導
    体層である請求項1記載の太陽電池モジュール。
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