JP3520425B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池モジュール及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の技術分野】本発明は、例えば非晶質シリコン
をはじめとする非単結晶シリコン系材料等からなる薄膜
太陽電池モジュールに関し、詳しくは耐電圧性能を向上
した太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
をはじめとする非単結晶シリコン系材料等からなる薄膜
太陽電池モジュールに関し、詳しくは耐電圧性能を向上
した太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、単結晶シリコンなどの結晶系太陽
電池を屋外用太陽電池として屋外に設置する技術がすで
に実用化されている。これに対して、非晶質シリコンな
どの材料からなる薄膜太陽電池は、原材料が少なくてす
むために低コスト太陽電池として注目されているが、全
体としてはまだ開発段階であり、すでに普及している電
卓などの民生機器の電源用途での実績を基に屋外用途に
するための研究開発が進められている。
電池を屋外用太陽電池として屋外に設置する技術がすで
に実用化されている。これに対して、非晶質シリコンな
どの材料からなる薄膜太陽電池は、原材料が少なくてす
むために低コスト太陽電池として注目されているが、全
体としてはまだ開発段階であり、すでに普及している電
卓などの民生機器の電源用途での実績を基に屋外用途に
するための研究開発が進められている。
【０００３】屋外用太陽電池の性能としては、耐風圧や
フロントカバーの衝撃強度などの機械的性能とともに耐
電圧性能などの電気的性能が一定以上のものが要求され
る。例えば、結晶系太陽電池モジュールについてＪＩＳ
Ｃ８９１８には電気的性能の中に絶縁に関する記述が
あり、試験方法などが記載されている。それによると、
モジュールの出力端子を短絡し、同端子とフレーム又は
設置端子間を高圧発生電源で、最大システム電圧の２倍
プラス１０００Ｖの直流電圧を印加して絶縁破壊などの
異常が発生しないことが要求されている。これは、太陽
電池の発電部分とモジュールを構成するフレームの間を
何らかの方法で電気的に絶縁する必要があることを示し
ている。
フロントカバーの衝撃強度などの機械的性能とともに耐
電圧性能などの電気的性能が一定以上のものが要求され
る。例えば、結晶系太陽電池モジュールについてＪＩＳ
Ｃ８９１８には電気的性能の中に絶縁に関する記述が
あり、試験方法などが記載されている。それによると、
モジュールの出力端子を短絡し、同端子とフレーム又は
設置端子間を高圧発生電源で、最大システム電圧の２倍
プラス１０００Ｖの直流電圧を印加して絶縁破壊などの
異常が発生しないことが要求されている。これは、太陽
電池の発電部分とモジュールを構成するフレームの間を
何らかの方法で電気的に絶縁する必要があることを示し
ている。
【０００４】結晶系太陽電池モジュール１の構造として
もっとも広く普及しているのはスーパーストレートタイ
プと呼ばれる構造であり、図１３に示すように、発電部
分であるセル２とフロントカバー３の間，セル２とカバ
ーフィルム４の間は透明樹脂等の充填剤５で絶縁され、
端部６をフレーム７で挟み込むように支持した構造であ
る。
もっとも広く普及しているのはスーパーストレートタイ
プと呼ばれる構造であり、図１３に示すように、発電部
分であるセル２とフロントカバー３の間，セル２とカバ
ーフィルム４の間は透明樹脂等の充填剤５で絶縁され、
端部６をフレーム７で挟み込むように支持した構造であ
る。
【０００５】一方で、非晶質シリコンなどの材料からな
る非結晶系太陽電池モジュール８は、ガラス等の基板上
にいわゆる薄膜太陽電池セル９を直接大面積で形成する
ことができるので、薄膜太陽電池セル９の上面側（太陽
電池モジュール８の裏面側に相当する）を液状の樹脂１
０により封止した構造である（図１４参照）。該樹脂１
０は、その流動性のためフロントカバー３の側縁部１１
を回り込んでいる。
る非結晶系太陽電池モジュール８は、ガラス等の基板上
にいわゆる薄膜太陽電池セル９を直接大面積で形成する
ことができるので、薄膜太陽電池セル９の上面側（太陽
電池モジュール８の裏面側に相当する）を液状の樹脂１
０により封止した構造である（図１４参照）。該樹脂１
０は、その流動性のためフロントカバー３の側縁部１１
を回り込んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の非結
晶系太陽電池モジュール８では、薄膜化できる一方で、
セルを構成する半導体層、金属電極層、透明電極層等の
電気伝導性が高いために薄膜化と相まって絶縁耐圧が低
くなりやすい。この対策として、例えば結晶系太陽電池
モジュール１の場合に行われているように、フレーム７
内に熱可塑性ブチルゴム等の樹脂（図示省略）を充填し
て、フレーム７とフロントカバー３等の間を絶縁するこ
とが考えられるが、樹脂充填工程の追加、材料費のアッ
プ等につながり好ましくない。
晶系太陽電池モジュール８では、薄膜化できる一方で、
セルを構成する半導体層、金属電極層、透明電極層等の
電気伝導性が高いために薄膜化と相まって絶縁耐圧が低
くなりやすい。この対策として、例えば結晶系太陽電池
モジュール１の場合に行われているように、フレーム７
内に熱可塑性ブチルゴム等の樹脂（図示省略）を充填し
て、フレーム７とフロントカバー３等の間を絶縁するこ
とが考えられるが、樹脂充填工程の追加、材料費のアッ
プ等につながり好ましくない。
【０００７】また、前記樹脂充填を行う場合でも、樹脂
の充填が完全でない場合、一部でフレーム７とセルの導
電部分が接触して絶縁不良を起こす場合がある。さら
に、非結晶系太陽電池モジュール８では、電極や光発電
部を形成するための手段にＣＶＤやスパッタ等のプロセ
スを用いることが多いために導電層の一部がフロントカ
バー３の裏面にまで回り込むことが多く、このためフレ
ーム７とセルとの電気的な接触機会が大きくなり絶縁性
能を低下させる原因にもなる。
の充填が完全でない場合、一部でフレーム７とセルの導
電部分が接触して絶縁不良を起こす場合がある。さら
に、非結晶系太陽電池モジュール８では、電極や光発電
部を形成するための手段にＣＶＤやスパッタ等のプロセ
スを用いることが多いために導電層の一部がフロントカ
バー３の裏面にまで回り込むことが多く、このためフレ
ーム７とセルとの電気的な接触機会が大きくなり絶縁性
能を低下させる原因にもなる。
【０００８】一方、モジュール全体のごく一部に欠陥が
ある場合でも絶縁性能という観点ではそのモジュールは
不良品になってしまうので、複数の太陽電池モジュール
を併設して太陽光発電システムを組み上げる場合には、
個々のモジュールの全数検査を行い不良品を除く必要が
生じる。しかし、モジュールの耐電圧検査は最終的にフ
レーム付けまで行われた後で実施することになるため最
終製品にまで組み上げたモジュールを不良品として処理
するために、歩留りのわずかな低下でも工程の大幅なコ
ストアップにつながる。従って、絶縁不良の製品を極力
減らすことはコスト低減のためにも重要な要素となる。
ある場合でも絶縁性能という観点ではそのモジュールは
不良品になってしまうので、複数の太陽電池モジュール
を併設して太陽光発電システムを組み上げる場合には、
個々のモジュールの全数検査を行い不良品を除く必要が
生じる。しかし、モジュールの耐電圧検査は最終的にフ
レーム付けまで行われた後で実施することになるため最
終製品にまで組み上げたモジュールを不良品として処理
するために、歩留りのわずかな低下でも工程の大幅なコ
ストアップにつながる。従って、絶縁不良の製品を極力
減らすことはコスト低減のためにも重要な要素となる。
【０００９】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
薄膜太陽電池の耐電圧性能を得るとともに、その製造歩
留りを飛躍的に向上させることのできる太陽電池モジュ
ール及びその製造方法に関する。
薄膜太陽電池の耐電圧性能を得るとともに、その製造歩
留りを飛躍的に向上させることのできる太陽電池モジュ
ール及びその製造方法に関する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の太陽電池モジュールは、半導体層及び透明電極層と
金属電極層とより成る導電層から成る光電変換デバイス
を基板上に形成して封止し、該基板の端部に少なくとも
一部が金属材料からなるフレームを挟持状に設けた太陽
電池モジュールであって、前記基板の周囲端部と前記基
板上に配置した前記光電変換デバイスの透明電極層及び
金属電極層との間を電気的に絶縁するため、前記光変換
デバイスを構成する透明電極層、半導体層及び金属電極
層のいずれもが存在しない部分から成る絶縁部分を、前
記基板の周囲に沿って少なくとも２重に形成したことを
特徴とするものである。
載の太陽電池モジュールは、半導体層及び透明電極層と
金属電極層とより成る導電層から成る光電変換デバイス
を基板上に形成して封止し、該基板の端部に少なくとも
一部が金属材料からなるフレームを挟持状に設けた太陽
電池モジュールであって、前記基板の周囲端部と前記基
板上に配置した前記光電変換デバイスの透明電極層及び
金属電極層との間を電気的に絶縁するため、前記光変換
デバイスを構成する透明電極層、半導体層及び金属電極
層のいずれもが存在しない部分から成る絶縁部分を、前
記基板の周囲に沿って少なくとも２重に形成したことを
特徴とするものである。
【００１１】本発明に係る請求項２記載の太陽電池モジ
ュールは、前記太陽電池モジュールにおいて、前記絶縁
部分が、半導体層及び導電層を形成しない部分から成っ
ていることを特徴とする。
ュールは、前記太陽電池モジュールにおいて、前記絶縁
部分が、半導体層及び導電層を形成しない部分から成っ
ていることを特徴とする。
【００１２】
【００１３】本発明に係る請求項３記載の太陽電池モジ
ュールは、請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの
前記フレームが基板端部の全周を取り巻いて設けられた
ものである。
ュールは、請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの
前記フレームが基板端部の全周を取り巻いて設けられた
ものである。
【００１４】本発明に係る請求項４記載の太陽電池モジ
ュールは、請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの
前記絶縁部分の幅が約１０μｍから約１０００μｍの範
囲であるものである。
ュールは、請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの
前記絶縁部分の幅が約１０μｍから約１０００μｍの範
囲であるものである。
【００１５】本発明に係る請求項５記載の太陽電池モジ
ュールは、請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの
前記光電変換デバイスを構成する半導体層が、非晶質シ
リコン，非晶質シリコンカーバイド，非晶質シリコンゲ
ルマニウム，微結晶シリコン，薄膜多結晶シリコン等の
薄膜非単結晶シリコン系材料からなるものである。
ュールは、請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの
前記光電変換デバイスを構成する半導体層が、非晶質シ
リコン，非晶質シリコンカーバイド，非晶質シリコンゲ
ルマニウム，微結晶シリコン，薄膜多結晶シリコン等の
薄膜非単結晶シリコン系材料からなるものである。
【００１６】本発明に係る請求項６記載の太陽電池モジ
ュールの製造方法は、請求項１記載の太陽電池モジュー
ルにおける絶縁部分の少なくとも１箇所の形成にあた
り、レーザービームを照射して半導体層及び導電層の一
部分を分離除去することを特徴とする。
ュールの製造方法は、請求項１記載の太陽電池モジュー
ルにおける絶縁部分の少なくとも１箇所の形成にあた
り、レーザービームを照射して半導体層及び導電層の一
部分を分離除去することを特徴とする。
【００１７】本発明に係る請求項７記載の太陽電池モジ
ュールの製造方法は、請求項６記載の太陽電池モジュー
ルの製造方法において、前記レーザビームの基本波又は
その高次高調波で決定される幅で半導体層及び導電層を
分離除去することにより絶縁部分を形成することを特徴
とする。
ュールの製造方法は、請求項６記載の太陽電池モジュー
ルの製造方法において、前記レーザビームの基本波又は
その高次高調波で決定される幅で半導体層及び導電層を
分離除去することにより絶縁部分を形成することを特徴
とする。
【００１８】本発明に係る請求項８記載の太陽電池モジ
ュールの製造方法は、請求項６又は７記載の方法におけ
るレーザビーム源が光電変換デバイスの集積化に使用す
るものと同じである方法である。
ュールの製造方法は、請求項６又は７記載の方法におけ
るレーザビーム源が光電変換デバイスの集積化に使用す
るものと同じである方法である。
【００１９】
【作用】請求項１では、基板端部と前記基板上に配置し
た電極との間を電気的に絶縁する絶縁部分を、前記基板
の周囲に沿って少なくとも２重に形成しているので、薄
膜太陽電池の耐電圧性能を向上させることができた。と
りわけ、太陽電池モジュールにおける前記フレームの少
なくとも一部が金属材料の場合には、耐圧性能が低下し
がちであるが、この場合でも実用上まで耐圧性能を高め
ることができた。
た電極との間を電気的に絶縁する絶縁部分を、前記基板
の周囲に沿って少なくとも２重に形成しているので、薄
膜太陽電池の耐電圧性能を向上させることができた。と
りわけ、太陽電池モジュールにおける前記フレームの少
なくとも一部が金属材料の場合には、耐圧性能が低下し
がちであるが、この場合でも実用上まで耐圧性能を高め
ることができた。
【００２０】請求項２では、マスクプロセスや印刷パタ
ーンにより、半導体層及び導電層を形成しない部分を設
けることで絶縁部分と成し、請求項１と同じ構造にして
耐電圧性能を向上させることができた。
ーンにより、半導体層及び導電層を形成しない部分を設
けることで絶縁部分と成し、請求項１と同じ構造にして
耐電圧性能を向上させることができた。
【００２１】
【００２２】また、請求項３のように太陽電池モジュー
ルにおける前記フレームが、基板端部の全周を取り巻い
て設けられた場合にも、耐圧性能が低下しがちである
が、この場合でも実用上まで耐圧性能を高めることがで
きた。
ルにおける前記フレームが、基板端部の全周を取り巻い
て設けられた場合にも、耐圧性能が低下しがちである
が、この場合でも実用上まで耐圧性能を高めることがで
きた。
【００２３】絶縁部分は、太陽電池としては光電変換な
どに寄与しない部分であるので、狭い方が好ましいが、
狭すぎるに絶縁耐力が十分ではないので、請求項４記載
のように、その幅が１０μｍから１０００μｍの範囲で
あることが太陽電池の効率上及び絶縁耐力の関係で好ま
しい。
どに寄与しない部分であるので、狭い方が好ましいが、
狭すぎるに絶縁耐力が十分ではないので、請求項４記載
のように、その幅が１０μｍから１０００μｍの範囲で
あることが太陽電池の効率上及び絶縁耐力の関係で好ま
しい。
【００２４】また、太陽電池モジュールにおける前記光
電変換デバイスを構成する半導体層は、請求項５に記載
のように、非晶質シリコン，非晶質シリコンカーバイ
ド，非晶質シリコンゲルマニウム，微結晶シリコン，薄
膜多結晶シリコン等の薄膜非単結晶シリコン系材料から
なり、これによりガラス基板上に薄膜セルを直接形成し
た薄膜太陽電池が作られる。
電変換デバイスを構成する半導体層は、請求項５に記載
のように、非晶質シリコン，非晶質シリコンカーバイ
ド，非晶質シリコンゲルマニウム，微結晶シリコン，薄
膜多結晶シリコン等の薄膜非単結晶シリコン系材料から
なり、これによりガラス基板上に薄膜セルを直接形成し
た薄膜太陽電池が作られる。
【００２５】そして、前記絶縁部分を形成する方法は、
請求項６記載のように、レーザービームを照射して分離
除去する。これにより、分離幅の精度が良く生産性を高
めることができる。
請求項６記載のように、レーザービームを照射して分離
除去する。これにより、分離幅の精度が良く生産性を高
めることができる。
【００２６】また、請求項７の絶縁部分の幅を前記レー
ザビームの基本波又はその高次高調波で決定される幅と
することで、多くのレーザ源が不要となる。
ザビームの基本波又はその高次高調波で決定される幅と
することで、多くのレーザ源が不要となる。
【００２７】とりわけ、請求項８のように、薄膜太陽電
池の集積化において使用するレーザビーム源を併用する
と、一貫して生産できるので便宜である。
池の集積化において使用するレーザビーム源を併用する
と、一貫して生産できるので便宜である。
【００２８】
【実施例】以下、本発明に係る太陽電池モジュール及び
その製造方法の実施例について、図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係る太陽電池モジュールの一例を示
す断面図であり、図２乃至図４は比較例を示す断面図、
図５乃至図１２は実施例の製造手順を説明するための模
式図である。図１に示す太陽電池モジュール１２は、基
本単位となる光電変換デバイスである太陽電池セル１３
をフロントカバーとなるガラス基板１４上に集積して封
止し、その周端部にアルミニウムフレーム１５を装着し
たものである。なお、本例では、ガラス基板１４の周端
部のすべてにアルミニウムフレーム１５を装着した場合
を例示するが、勿論ガラス基板１４の両側がわに設ける
場合もある。ガラス基板１４は、３０ｃｍ×４０ｃｍの
大きさの厚さ４ｍｍであり、このガラス基板１４の周端
部を除いた部分に光電変換デバイス素子として作用する
複数個の太陽電池セル１３が縦続接続されて集積されて
いる。
その製造方法の実施例について、図面を参照して説明す
る。図１は本発明に係る太陽電池モジュールの一例を示
す断面図であり、図２乃至図４は比較例を示す断面図、
図５乃至図１２は実施例の製造手順を説明するための模
式図である。図１に示す太陽電池モジュール１２は、基
本単位となる光電変換デバイスである太陽電池セル１３
をフロントカバーとなるガラス基板１４上に集積して封
止し、その周端部にアルミニウムフレーム１５を装着し
たものである。なお、本例では、ガラス基板１４の周端
部のすべてにアルミニウムフレーム１５を装着した場合
を例示するが、勿論ガラス基板１４の両側がわに設ける
場合もある。ガラス基板１４は、３０ｃｍ×４０ｃｍの
大きさの厚さ４ｍｍであり、このガラス基板１４の周端
部を除いた部分に光電変換デバイス素子として作用する
複数個の太陽電池セル１３が縦続接続されて集積されて
いる。
【００２９】太陽電池セル１３は、ガラス基板１４の上
面に透明電極層として約９ｍｍ幅のストライプ状（分離
幅約１００μｍ）で膜厚約９００ｎｍに形成されたＳｎ
Ｏ２層１６と、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ
型ａ−Ｓｉからなる半導体層１７と、金属電極層として
のアルミニウム層１８が積層された部分である。半導体
層１７の基体となる組成は、上記したものに限らず、非
晶質シリコン，非晶質シリコンカーバイド，非晶質シリ
コンゲルマニウム，微結晶シリコン，薄膜多結晶シリコ
ン等の薄膜非単結晶シリコン系材料からなり、いわゆる
薄膜太陽電池を構成するものが用いられる。
面に透明電極層として約９ｍｍ幅のストライプ状（分離
幅約１００μｍ）で膜厚約９００ｎｍに形成されたＳｎ
Ｏ２層１６と、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ／ｉ型ａ−Ｓｉ／ｎ
型ａ−Ｓｉからなる半導体層１７と、金属電極層として
のアルミニウム層１８が積層された部分である。半導体
層１７の基体となる組成は、上記したものに限らず、非
晶質シリコン，非晶質シリコンカーバイド，非晶質シリ
コンゲルマニウム，微結晶シリコン，薄膜多結晶シリコ
ン等の薄膜非単結晶シリコン系材料からなり、いわゆる
薄膜太陽電池を構成するものが用いられる。
【００３０】本例の半導体層１７の各層の膜厚は、それ
ぞれ約２０ｎｍ、５００ｎｍ、４０ｎｍであり、この半
導体層１７はＳｎＯ２膜１６の右側分離線１９のさらに
右側約１００μｍの位置にそれに平行になるように分離
幅約１５０μｍで除去分離されている。アルミニウム層
１８は、その厚みが約３００ｎｍで半導体層１７の右側
約１００μｍの位置にそれぞれ平行になるように分離幅
約２００μｍで除去分離されている。
ぞれ約２０ｎｍ、５００ｎｍ、４０ｎｍであり、この半
導体層１７はＳｎＯ２膜１６の右側分離線１９のさらに
右側約１００μｍの位置にそれに平行になるように分離
幅約１５０μｍで除去分離されている。アルミニウム層
１８は、その厚みが約３００ｎｍで半導体層１７の右側
約１００μｍの位置にそれぞれ平行になるように分離幅
約２００μｍで除去分離されている。
【００３１】太陽電池セル１３の周端部にあたる部分
で、ガラス基板１４の端から内側へ向かって約１ｃｍに
かからない部分に、最右端及び最左端の太陽電池セル１
３のストライプに銅箔線を這わせて形成される正負両電
極２０，２１が配置されている。これら正負両電極２
０，２１には夫々リード線が取り付けられている。本モ
ジュールの裏面側に当たる部分は、ＥＶＡとテドラーフ
ィルムからなる樹脂２２により封止された後、カバーフ
ィルム２３が積層されている。そして、カバーフィルム
２３とガラス基板１４の周端部を挟持するように、前記
アルミニウムフレーム１５が取り付けられている。
で、ガラス基板１４の端から内側へ向かって約１ｃｍに
かからない部分に、最右端及び最左端の太陽電池セル１
３のストライプに銅箔線を這わせて形成される正負両電
極２０，２１が配置されている。これら正負両電極２
０，２１には夫々リード線が取り付けられている。本モ
ジュールの裏面側に当たる部分は、ＥＶＡとテドラーフ
ィルムからなる樹脂２２により封止された後、カバーフ
ィルム２３が積層されている。そして、カバーフィルム
２３とガラス基板１４の周端部を挟持するように、前記
アルミニウムフレーム１５が取り付けられている。
【００３２】一方、ガラス基板１４の周囲から約８ｍｍ
内側を、約２００μｍ幅でＳｎＯ２層１６，半導体層１
７，アルミニウム層１８を除去分離して第１絶縁部分２
４が形成され、さらに周囲から約７．５ｍｍの位置に第
１絶縁部分２４の作成条件と同じ条件で約２００μｍ幅
で除去分離して第２絶縁部分２５が形成されている。こ
の第２絶縁部２５は、前記アルミニウムフレーム１５の
挟持端面１５ａより内側に位置されている。なお、ここ
で、第１絶縁部分２４，２５がガラス基板１４の内側に
形成されているというのは、具体的には図面上では正負
両電極２０，２１の方に向かう方向である。
内側を、約２００μｍ幅でＳｎＯ２層１６，半導体層１
７，アルミニウム層１８を除去分離して第１絶縁部分２
４が形成され、さらに周囲から約７．５ｍｍの位置に第
１絶縁部分２４の作成条件と同じ条件で約２００μｍ幅
で除去分離して第２絶縁部分２５が形成されている。こ
の第２絶縁部２５は、前記アルミニウムフレーム１５の
挟持端面１５ａより内側に位置されている。なお、ここ
で、第１絶縁部分２４，２５がガラス基板１４の内側に
形成されているというのは、具体的には図面上では正負
両電極２０，２１の方に向かう方向である。
【００３３】次に、上記構成からなる太陽電池モジュー
ル１２において、第１及び第２絶縁部分２４，２５を作
成するまでの製造手順を図５から図１２を参照してレー
ザーパターニング法を用いた方法について説明する。
ル１２において、第１及び第２絶縁部分２４，２５を作
成するまでの製造手順を図５から図１２を参照してレー
ザーパターニング法を用いた方法について説明する。
【００３４】ここで、レーザーパターニング法により絶
縁部分２４，２５を形成したのは、これら絶縁部分２
４，２５は太陽電池としては光電変換などに寄与しない
部分になるためなるべく除去部分の面積を小さくするこ
とが好ましく、また、本例のアルミニウムフレーム１５
はモジュールの全周を取り巻いているために、除去部分
の幅は太陽電池の面積効率にも少なからず影響するため
に、その幅の作成精度を上げることがひとつの目的であ
る。また、大面積の薄膜太陽電池は、一般にはレーザー
ビームを用いて集積化を行うことが多く、集積化と同じ
ビームを用いることがプロセス的には有利であり、この
点からレーザーパターニングによる分離幅は約１０μｍ
から約１０００μｍの範囲であることが必要であり、よ
り好ましくは数十から数百μｍ程度を選定することが望
ましい。また、除去部分の幅を大きくするためにはレー
ザービームの径を大きくしなければならず、パターニン
グするためのエネルギーが大きくなり出力の大きなレー
ザー源が必要になるので、上記範囲の分離幅が採用され
る。
縁部分２４，２５を形成したのは、これら絶縁部分２
４，２５は太陽電池としては光電変換などに寄与しない
部分になるためなるべく除去部分の面積を小さくするこ
とが好ましく、また、本例のアルミニウムフレーム１５
はモジュールの全周を取り巻いているために、除去部分
の幅は太陽電池の面積効率にも少なからず影響するため
に、その幅の作成精度を上げることがひとつの目的であ
る。また、大面積の薄膜太陽電池は、一般にはレーザー
ビームを用いて集積化を行うことが多く、集積化と同じ
ビームを用いることがプロセス的には有利であり、この
点からレーザーパターニングによる分離幅は約１０μｍ
から約１０００μｍの範囲であることが必要であり、よ
り好ましくは数十から数百μｍ程度を選定することが望
ましい。また、除去部分の幅を大きくするためにはレー
ザービームの径を大きくしなければならず、パターニン
グするためのエネルギーが大きくなり出力の大きなレー
ザー源が必要になるので、上記範囲の分離幅が採用され
る。
【００３５】而して、３０ｃｍ×４０ｃｍで厚さ４ｍｍ
のガラス基板１４上の一面にＣＶＤ法によりＳｎＯ２層
１６を約９００ｎｍの膜厚で形成した（図５）。このと
きＳｎＯ２層１６の一部は、ガラス基板１４上だけでな
く、その反対面側にも回り込んで形成されていた。次い
で、ガラス基板１４を損傷しないようにＹＡＧレーザー
を用いて分離幅約１００μｍで約９ｍｍ幅のストライプ
状にＳｎＯ２層１６を分割したのち、純水で超音波洗浄
を行った（図６）。かかる状態のガラス基板１４上にプ
ラズマＣＶＤ法により順次、膜厚が約２０ｎｍのｐ型ａ
−ＳｉＣ：Ｈ，膜厚が約５００ｎｍのｉ型ａ−Ｓｉ，膜
厚が約４０ｎｍのｎ型ａ−Ｓｉからなる半導体層１７を
形成した（図７）。
のガラス基板１４上の一面にＣＶＤ法によりＳｎＯ２層
１６を約９００ｎｍの膜厚で形成した（図５）。このと
きＳｎＯ２層１６の一部は、ガラス基板１４上だけでな
く、その反対面側にも回り込んで形成されていた。次い
で、ガラス基板１４を損傷しないようにＹＡＧレーザー
を用いて分離幅約１００μｍで約９ｍｍ幅のストライプ
状にＳｎＯ２層１６を分割したのち、純水で超音波洗浄
を行った（図６）。かかる状態のガラス基板１４上にプ
ラズマＣＶＤ法により順次、膜厚が約２０ｎｍのｐ型ａ
−ＳｉＣ：Ｈ，膜厚が約５００ｎｍのｉ型ａ−Ｓｉ，膜
厚が約４０ｎｍのｎ型ａ−Ｓｉからなる半導体層１７を
形成した（図７）。
【００３６】そして、ＳｎＯ２層１６の右側分離線１９
の右側約１００μｍの位置にそれに平行になるように前
記ＹＡＧレーザーの第２高調波を用いて分離幅約１５０
μｍでＳｎＯ２にダメージのないように半導体層１７を
除去分離し（図８）、さらにスパッタ法によってアルミ
ニウム層１８を約３００ｎｍの厚みで形成した（図
９）。そして、半導体層１７の右側約１００μｍの位置
にそれぞれ平行になるようにＹＡＧレーザーの第２高調
波を用いて分離幅約２００μｍで半導体層１７を損傷さ
せないようにしてアルミニウム層１８を除去分離した
（図１０）。而して、上記各工程によりガラス基板１４
の端部を除いて、複数個の太陽電池セル１３が縦続接続
により集積される。
の右側約１００μｍの位置にそれに平行になるように前
記ＹＡＧレーザーの第２高調波を用いて分離幅約１５０
μｍでＳｎＯ２にダメージのないように半導体層１７を
除去分離し（図８）、さらにスパッタ法によってアルミ
ニウム層１８を約３００ｎｍの厚みで形成した（図
９）。そして、半導体層１７の右側約１００μｍの位置
にそれぞれ平行になるようにＹＡＧレーザーの第２高調
波を用いて分離幅約２００μｍで半導体層１７を損傷さ
せないようにしてアルミニウム層１８を除去分離した
（図１０）。而して、上記各工程によりガラス基板１４
の端部を除いて、複数個の太陽電池セル１３が縦続接続
により集積される。
【００３７】次いで、絶縁部分２４，２５の形成工程に
移る。すなわち、半導体層１７とアルミニウム層１８の
除去分離後ガラス基板１４の周囲から約８ｍｍ内側を約
２００μｍ幅で前記ＹＡＧレーザー第２高調波でパワー
を上げてＳｎＯ２層１６、半導体層１７、アルミニウム
層１８の全てを除去して第１絶縁部分２４を作成（図１
１）した後、さらに周囲から約７．５ｍｍの位置に第１
絶縁部分２４の作成条件と同じ条件でもう１本分離のた
めの第２絶縁部分２５を作成した（図１２）。
移る。すなわち、半導体層１７とアルミニウム層１８の
除去分離後ガラス基板１４の周囲から約８ｍｍ内側を約
２００μｍ幅で前記ＹＡＧレーザー第２高調波でパワー
を上げてＳｎＯ２層１６、半導体層１７、アルミニウム
層１８の全てを除去して第１絶縁部分２４を作成（図１
１）した後、さらに周囲から約７．５ｍｍの位置に第１
絶縁部分２４の作成条件と同じ条件でもう１本分離のた
めの第２絶縁部分２５を作成した（図１２）。
【００３８】最後に、ガラス基板１４の端部の処理工程
に移る。すなわち、ガラス基板１４の周囲から内側約１
ｃｍにかからないようにその内側の最右端及び最左端の
ストライプ部分を用いて超音波半田で銅箔線を這わせて
正負両電極２０，２１を配置し、これら電極２０，２１
に正負リード線を夫々取りつける。そののちＥＶＡとテ
ドラーフィルムで真空ラミネータを用いて裏面部を液状
の樹脂２２で封止したのちカバーフィルム２３，アルミ
ニウムフレーム１５を取り付けた。このとき、樹脂２２
はガラス基板１４の側面がわまで回り込んでいた。
に移る。すなわち、ガラス基板１４の周囲から内側約１
ｃｍにかからないようにその内側の最右端及び最左端の
ストライプ部分を用いて超音波半田で銅箔線を這わせて
正負両電極２０，２１を配置し、これら電極２０，２１
に正負リード線を夫々取りつける。そののちＥＶＡとテ
ドラーフィルムで真空ラミネータを用いて裏面部を液状
の樹脂２２で封止したのちカバーフィルム２３，アルミ
ニウムフレーム１５を取り付けた。このとき、樹脂２２
はガラス基板１４の側面がわまで回り込んでいた。
【００３９】上記の如くして作成される本例の太陽電池
モジュール１２のサンプルを複数枚用意し、夫々のサン
プルの正負両リード線を短絡させた後アルミニウムフレ
ーム１５との間に直流電圧を印加することにより耐電圧
を測定した。同時に、図２乃至４に示す比較例１乃至３
の太陽電池モジュール２６，２７，２８についても同様
に耐電圧を測定して本例のものと比較した。ここで、比
較例１の太陽電池モジュール２６は、絶縁部分２４，２
５の双方とも有さないもので、図１０の構造に正負両電
極２０，２１、正負リード線、カバーフィルム２３、ア
ルミニウムフレーム１５を取り付けたものである（図２
参照）。比較例２の太陽電池モジュール２７は、絶縁部
分２４のみを形成したもので、図１１の構造に正負両電
極２０，２１、正負リード線、カバーフィルム２３、ア
ルミニウムフレーム１５を取り付けたものである（図３
参照）。比較例３の太陽電池モジュール２８は、比較例
２における絶縁部分２４の分離幅が２００μｍであるの
に対して、３５０μｍにしたものである（図４参照）。
上記耐圧試験結果を表１に示している。
モジュール１２のサンプルを複数枚用意し、夫々のサン
プルの正負両リード線を短絡させた後アルミニウムフレ
ーム１５との間に直流電圧を印加することにより耐電圧
を測定した。同時に、図２乃至４に示す比較例１乃至３
の太陽電池モジュール２６，２７，２８についても同様
に耐電圧を測定して本例のものと比較した。ここで、比
較例１の太陽電池モジュール２６は、絶縁部分２４，２
５の双方とも有さないもので、図１０の構造に正負両電
極２０，２１、正負リード線、カバーフィルム２３、ア
ルミニウムフレーム１５を取り付けたものである（図２
参照）。比較例２の太陽電池モジュール２７は、絶縁部
分２４のみを形成したもので、図１１の構造に正負両電
極２０，２１、正負リード線、カバーフィルム２３、ア
ルミニウムフレーム１５を取り付けたものである（図３
参照）。比較例３の太陽電池モジュール２８は、比較例
２における絶縁部分２４の分離幅が２００μｍであるの
に対して、３５０μｍにしたものである（図４参照）。
上記耐圧試験結果を表１に示している。
【００４０】
【表１】
【００４１】表１の数字は、耐圧レベルを４段階に分類
したときの夫々のレベル内の耐圧を有するサンプル数で
ある。
したときの夫々のレベル内の耐圧を有するサンプル数で
ある。
【００４２】比較例１のサンプル数は１０枚であり、す
べてのサンプルの耐圧はいずれも１ＫＶ以下であり、ほ
とんどが初期から短絡状態であった。比較例２のサンプ
ル数は４０枚であり、比較例１に比べて改善されたもの
の、１０ｋＶ以上が２枚、５〜１０ｋＶが２４枚、１〜
５ｋＶが６枚、１ｋＶ以下が８枚であった。比較例３の
サンプル数は４０枚であり、１０ｋＶ以上が３枚、５〜
１０ｋＶが２６枚、１〜５ｋＶが５枚、１ｋＶ以下が６
枚であり、比較例２と大差はなかった。
べてのサンプルの耐圧はいずれも１ＫＶ以下であり、ほ
とんどが初期から短絡状態であった。比較例２のサンプ
ル数は４０枚であり、比較例１に比べて改善されたもの
の、１０ｋＶ以上が２枚、５〜１０ｋＶが２４枚、１〜
５ｋＶが６枚、１ｋＶ以下が８枚であった。比較例３の
サンプル数は４０枚であり、１０ｋＶ以上が３枚、５〜
１０ｋＶが２６枚、１〜５ｋＶが５枚、１ｋＶ以下が６
枚であり、比較例２と大差はなかった。
【００４３】これに対して、実施例のサンプル数は４０
枚であり、耐電圧測定の結果１０ｋＶ以上が５枚、５〜
１０ｋＶが３３枚、１〜５ｋＶが２枚、１ｋＶ以下が０
枚であり、１ｋＶ以下の太陽電池モジュールがなくなる
とともに耐電圧が屋外用太陽電池として実用上問題がな
い程度に大幅に改善したのが確認された。
枚であり、耐電圧測定の結果１０ｋＶ以上が５枚、５〜
１０ｋＶが３３枚、１〜５ｋＶが２枚、１ｋＶ以下が０
枚であり、１ｋＶ以下の太陽電池モジュールがなくなる
とともに耐電圧が屋外用太陽電池として実用上問題がな
い程度に大幅に改善したのが確認された。
【００４４】なお、本例では、レーザーパターニング法
を用いた除去方法により絶縁部分２４，２５を形成した
が、勿論マスクプロセスや印刷パターンを工夫してセル
の一部を形成しない非形成方法により絶縁部分２４，２
５を形成してもよく、この非形成方法と本例の除去方法
とを併用してもよい。また、本例では絶縁部分２４，２
５を２箇所形成したが、太陽電池の面積効率を大きく阻
害しない限度で３箇所以上に形成することで、その耐圧
特性をさらに改善することができる。
を用いた除去方法により絶縁部分２４，２５を形成した
が、勿論マスクプロセスや印刷パターンを工夫してセル
の一部を形成しない非形成方法により絶縁部分２４，２
５を形成してもよく、この非形成方法と本例の除去方法
とを併用してもよい。また、本例では絶縁部分２４，２
５を２箇所形成したが、太陽電池の面積効率を大きく阻
害しない限度で３箇所以上に形成することで、その耐圧
特性をさらに改善することができる。
【００４５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によると、薄
膜太陽電池の絶縁性能を向上させることができるので、
屋外用太陽電池の実用化に極めて有効である。而して、
複数の太陽電池モジュールを併設して太陽光発電システ
ムを組み上げる場合でも、個々のモジュールの耐圧が向
上するので、全体としての耐圧に対する信頼性が向上す
る。その結果、耐電圧性能の不良による歩留り低下を防
止し、ひいてはモジュールのコスト低減を図ることがで
きる。さらに、絶縁部分をレーザビームの照射により除
去する製造方法を使用すると、薄膜太陽電池の集積化に
おいても同じビームを用いることができるので、生産工
程上も便宜であるうえに、分離精度とともに生産性を高
めることもできる。
膜太陽電池の絶縁性能を向上させることができるので、
屋外用太陽電池の実用化に極めて有効である。而して、
複数の太陽電池モジュールを併設して太陽光発電システ
ムを組み上げる場合でも、個々のモジュールの耐圧が向
上するので、全体としての耐圧に対する信頼性が向上す
る。その結果、耐電圧性能の不良による歩留り低下を防
止し、ひいてはモジュールのコスト低減を図ることがで
きる。さらに、絶縁部分をレーザビームの照射により除
去する製造方法を使用すると、薄膜太陽電池の集積化に
おいても同じビームを用いることができるので、生産工
程上も便宜であるうえに、分離精度とともに生産性を高
めることもできる。
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】比較例１を示す断面図である。
【図３】比較例２を示す断面図である。
【図４】比較例３を示す断面図である。
【図５】ガラス基板上にＳｎＯ２層を形成した状態を示
す模式図である。
す模式図である。
【図６】ＳｎＯ２層をストライプ状に分割した状態を示
す模式図である。
す模式図である。
【図７】半導体層を形成した状態を示す模式図である。
【図８】半導体層を除去分離した状態を示す模式図であ
る。
る。
【図９】アルミニウム層を形成した状態を示す断面図で
ある。
ある。
【図１０】アルミニウム層を除去分離した状態を示す模
式図である。
式図である。
【図１１】第１絶縁部分を作成した状態を示す模式図で
ある。
ある。
【図１２】第２絶縁部分を作成した状態を示す模式図で
ある。
ある。
【図１３】一般的な結晶系太陽電池モジュールの構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図１４】一般的な非結晶系太陽電池モジュールの構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１２…太陽電池モジュール
１３…太陽電池セル
１４…ガラス基板
１５…アルミニウムフレーム
１６…ＳｎＯ２層
１７…半導体層
１８…アルミニウム層
２０，２１…電極
２３…カバーフィルム
２４…第１絶縁部分
２５…第２絶縁部分
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 浅岡 圭三
神戸市西区美賀多台６丁目３−２ ８−
302号
(56)参考文献 特開 平２−25079（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−199565（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−61971（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−101083（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−28455（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体層及び透明電極層と金属電極層と
より成る導電層から成る光電変換デバイスを基板上に形
成して封止し、該基板の端部に少なくとも一部が金属材
料からなるフレームを挟持状に設けた太陽電池モジュー
ルであって、前記基板の周囲端部と前記基板上に配置し
た前記光電変換デバイスの透明電極層及び金属電極層と
の間を電気的に絶縁するため、前記光変換デバイスを構
成する透明電極層、半導体層及び金属電極層のいずれも
が存在しない部分から成る絶縁部分を、前記基板の周囲
に沿って少なくとも２重に形成したことを特徴とする太
陽電池モジュール。 - 【請求項２】 前記絶縁部分は、半導体層及び導電層を
形成しない部分から成っていることを特徴とする請求項
１記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項３】 前記フレームは、基板端部の全周を取り
巻いて設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載
の太陽電池モジュール。 - 【請求項４】 前記絶縁部分の幅が約１０μｍから約１
０００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は
２記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項５】 前記光電変換デバイスを構成する半導体
層が、非晶質シリコン，非晶質シリコンカーバイド，非
晶質シリコンゲルマニウム，微結晶シリコン，薄膜多結
晶シリコン等の薄膜非単結晶シリコン系材料からなるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュー
ル。 - 【請求項６】 請求項１記載の太陽電池モジュールにお
ける絶縁部分の少なくとも１箇所の形成にあたり、レー
ザービームを照射して半導体層及び導電層の一部分を分
離除去することを特徴とする太陽電池モジュールの製造
方法。 - 【請求項７】 前記レーザビームの基本波又はその高次
高調波で決定される幅で半導体層及び導電層を分離除去
することにより絶縁部分を形成することを特徴とする請
求項６記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 【請求項８】 前記レーザビーム源が光電変換デバイス
の集積化に使用するものと同じであることを特徴とする
請求項６又は７記載の太陽電池モジュールの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25771194A JP3520425B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 太陽電池モジュール及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25771194A JP3520425B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 太陽電池モジュール及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0883919A JPH0883919A (ja) | 1996-03-26 |
| JP3520425B2 true JP3520425B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17310053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25771194A Expired - Lifetime JP3520425B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 太陽電池モジュール及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3520425B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10209474A (ja) * | 1997-01-21 | 1998-08-07 | Canon Inc | 太陽電池モジュール及びその製造方法 |
| AU731869B2 (en) | 1998-11-12 | 2001-04-05 | Kaneka Corporation | Solar cell module |
| JP2001044466A (ja) * | 1999-07-29 | 2001-02-16 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 集積型薄膜太陽電池の洗浄方法及びその装置 |
| JP2002261314A (ja) * | 2001-03-05 | 2002-09-13 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 薄膜光電変換モジュールの製造方法 |
| JP4812584B2 (ja) * | 2006-09-29 | 2011-11-09 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 |
| DE102006057454A1 (de) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | Schott Solar Gmbh | Photovoltaisches Modul |
| JP4681581B2 (ja) * | 2007-06-15 | 2011-05-11 | 株式会社カネカ | 太陽電池モジュール |
| JPWO2010150648A1 (ja) * | 2009-06-25 | 2012-12-10 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 有機エレクトロニクスパネルおよびその製造方法 |
-
1994
- 1994-09-13 JP JP25771194A patent/JP3520425B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0883919A (ja) | 1996-03-26 |
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