JP3548379B2

JP3548379B2 - Photovoltaic device and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3548379B2
Application number: JP13909797A
Authority: JP
Inventors: 秀則塩塚; 隆弘森; 一郎片岡; 健司高田; 聡山田; 綾子塩塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: JPH1065192A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、信頼性の高い電極構造を有する光起電力デバイスおよびその製造方法に関する。より詳しくは金属ワイヤーおよびバスバーを有する集電電極の改善された接続構造を有する光起電力デバイスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の電力を効率的に収集するために、太陽電池表面に線状の電極を複数設ける技術が知られている。さらにこれら複数の線状の電極の端部に共通したバスバー（ｂｕｓｓｂａｒ）を設けて外部に電力を取り出すことが知られている。
米国特許第４，２６０，４２９号明細書には、太陽電池表面に設ける集電電極として、導電性粒子を含むポリマーでコートされた複数の金属ワイヤーを太陽電池表面に熱及び／又は圧力で固定することが記載されている。また、金属ワイヤーの端部を共通のバスバーに接続することが記載されている。
米国特許第５，０８４，１０７号明細書には、クランプでその両端を保持した複数の金属ワイヤーの少なくとも一部に導電性接着剤を塗布し、該金属ワイヤーを太陽電池表面に押し付けながら加熱して導電性接着剤を固化し、しかる後金属ワイヤーを切断することにより、太陽電池表面に集電電極を形成する方法が記載されている。さらに該金属ワイヤーの電流を集める集電電極を金属ワイヤーに接続することが記載されている。
集電電極とバスバーを接続する方法として導電性ペーストを用いる方法と、半田を用いる方法が考えられる。導電性ペーストを用いる場合、導電性ペーストを吐出させるためのアプリケーターを用いて複数の点を吐出し、その後、ペーストを乾燥あるいは硬化させる。半田を用いる場合、金属ワイヤーとバスバーを半田を介して直接固定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した方法においては、上記従来技術に開示されるような電極構成を太陽電池に用いる場合、下述する問題がある。
（１）集電電極、バイパスダイオード、または太陽電池を直列または並列化するための金属部材をバスバーに半田により接続するには半田を溶融するためには、局部的に２５０℃〜３５０℃の高熱を加える必要があり、光起電力素子は熱ダメージを受け特性に影響する問題がある。
（２）金属ワイヤーからなる集電電極をバスバーに半田で接続するには、前記導電性接着剤の被覆層を介してバスバーに接続するのは困難であり、接着層を一部除去して半田付けする必要があり、多数の点で接着する必要があり作業性が悪い。
（３）バスバーに用いる金属体のバリや折り曲がりが半導体層をつき抜け短絡の原因となる。
（４）金属ワイヤーをバスバーに銀ペーストにより接続する方法では、銀ペーストを適量吐出するためのアプリケーターが必要となり、さらに、銀ペーストを加熱、乾燥、硬化する工程が必要である。
（５）凹凸部に銀ペーストを塗布するために塗布部の銀ペーストが厚盛りになったり、不均一になりラミネーションなどによる封止部を突き破ったりする問題がある。
（６）半田の付き性をよくするために、フラックスを併用する場合やヤニ入りの半田を用いる場合には、超音波洗浄などの別工程でフラックスやヤニを除去、乾燥する必要がある。
（７）上記いずれの方法も金属ワイヤーを張り配置する際に、太陽電池の非発電領域で接着剤などを用いて仮固定するため、仮固定のための部分のエリアがバスバー形成部以外に必要となり、したがって余分な面積が必要である。
【０００４】
【発明の目的】
本発明の目的は、従来技術における上述した問題を克服して作業性の良好な信頼性の高い光起電力デバイス用の電極構造を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記電極構造を用いた特性の良好な光起電力デバイスを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記電極構造を用いて光起電力デバイスを安定にかつ効率的に製造する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術における上述した問題を解決し、上記目的を達成するものである。
本発明は、導電性表面を有する基板、半導体層、透明電極、および金属ワイヤーを有する発電領域と、前記金属ワイヤーの端部を固定する金属ワイヤー端部固定領域とを有し、前記金属ワイヤーは粘着材を介して高分子フィルムに固定されていることを特徴とする光起電力デバイスにある。
本発明はまた、導電性表面を有する基板、半導体層、透明電極、および金属ワイヤーを有する発電領域と、前記金属ワイヤーの端部を固定する金属ワイヤー端部固定領域とを有し、前記金属ワイヤーは粘着材を介して高分子フィルムに固定されており、かつ前記金属ワイヤーはバスバーと前記接着体との間に挟まれて該バスバーと電気的に接続していることを特徴とする光起電力デバイスにある。
本発明は上記電極構造を有する光起電力デバイスの製造方法を包含する。
当該方法は、導電性表面を有する基板、半導体層、透明電極、および金属ワイヤーを有する発電領域と、前記金属ワイヤーの端部を固定する金属ワイヤー端部固定領域とを有する光起電力デバイスの製造方法であって、該ワイヤー端部固定領域に粘着材と高分子フィルム層からなる接着体を配置する工程と、前記接着体上および前記光起電力素子上に金属ワイヤーを配置する工程と、前記接着体上および前記金属ワイヤー上にバスバーを配置する工程と、熱又は／及び出力により前記金属ワイヤーと前記バスバーを導電性接着剤で接着する工程とを有することを特徴とする。
【０００６】
【実施態様例】
図１（ａ）は、本発明の光起電力デバイスの模式的平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ′線に沿った模式的断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ′線に沿った模式的断面図である。
図１（ａ）乃至１（ｃ）において、１００は光起電力デバイス、１０１は支持基板、１０２は光起電力素子、１０３は第１の集電電極である金属ワイヤー、１０４は第２の集電電極であるバスバー、１０５は接着体である。
光起電力素子１０２は下部電極、半導体層、透明電極を有する。基板１０１が導電性表面を有する場合には下部電極は設けなくてもよい。
図１（ａ）乃至１（ｃ）においては、接着体１０５は基板１０１の端部で光起電力素子１０２が存在しない部分に設けられている。バスバー１０４は本例のように対向する２辺に設けてもよいし、１辺にのみ設けてもよい。金属ワイヤー１０３は光起電力素子１０２で発生した電流を効率よく収集し、バスバー１０４は金属ワイヤー１０３で収集した電流をまとめて外部に導出する機能を有している。接着体１０５は金属ワイヤー１０３およびバスバー１０４を光起電力素子１０２に固定する機能を有している。
上述したように、図１（ｂ）は金属ワイヤー１０３に沿った方向の断面図である。図１（ｂ）に徴して明らかなように、金属ワイヤー１０３の端部は基板１０１上に設けられた接着体１０５と、バスバー１０４との間に挟まれている。
上述したように、図１（ｃ）はバスバー１０４に沿った方向の断面図である。図１（ｃ）に徴して明らかなように、金属ワイヤー１０３は接着体１０５にめり込んで、かつバスバー１０４に挟まれて配置されている。また、バスバー１０４も接着体１０５と接している。
【０００７】
上記光起電力デバイスの作製は以下のように行う。すなわち、基板１０１の露出部に接着体１０５を載置・固定し、予め導電性接着剤をコートしてある金属ワイヤー１０３を光起電力素子１０２および接着体１０５の上に載置する。金属ワイヤーは光起電力素子の大きさに応じて複数設けられる。この時金属ワイヤー１０３の端部は接着体１０５によって固定される。続いてバスバー１０４を接着体１０５の上に、金属ワイヤー１０３を挟んで配置する。バスバー１０４もまた接着体１０５によって固定される。最後に光起電力素子１００全体を加熱・加圧することにより、金属ワイヤー１０３の導電性接着剤が溶融・固化し、金属ワイヤー１０３と光起電力素子１０２およびバスバー１０４との電気的および機械的接続が完了する。金属ワイヤー１０３の導電性接着剤は少なくともバスバー１０４と接する部分に設けられるように部分的に設けられていてもよい。
【０００８】
図２は、光起電力素子２０１、金属ワイヤー２０５、およびバスバー２０７の位置関係を拡大して示す模式図である。図２において、２０１は金属ワイヤー端部固定領域、２０２は接着体、２０５は第１の集電電極である金属ワイヤー、２０６は導電性接着剤、２０７は第２の集電電極であるバスバーである。接着体２０２は高分子フィルム２０３の両面に粘着材２０４を形成したものである。
図２（ａ）金属ワイヤー２０５を導電性接着剤２０６で被覆し、バスバー２０７に接着した場合の略断面図である。図２（ｂ）はバスバー２０７に導電性接着剤２０６を塗布し、金属ワイヤー２０５をバスバー２０７に接着した場合の略断面図である。前記導電性接着剤２０６の塗布はバスバー２０７全体に施しても部分的塗布してもよい。また、導電性接着剤２０６は金属ワイヤー２０５およびバスバー２０７の両方に形成してもよい。光起電力素子２０１の表面は透明導電層が形成されていてもよいし、透明導電層が除去されて半導体層が露出していてもよい。また、接着体２０２は光起電力素子の基板上に設けられてもよい。
【０００９】
図３は、金属ワイヤーが光起電力素子表面に接着された様子を示す略断面図である。図３において、３０１は光起電力素子、３０２は金属ワイヤー、３０３は導電性接着剤である。３００は金属ワイヤーと導電性接着剤３０３とからなる第１の集電電極を示す。図３（ａ）は、金属ワイヤーを導電性接着剤で被覆し、光起電力素子表面に接着した場合の略断面図である。図３（ｂ）は、光起電力素子３０１上に金属ワイヤー３０２を配置し、導電性接着剤３０３を部分的に配置、接着した場合の略断面図である。
【００１０】
図４（ａ）は、本発明の光起電力デバイスの他の例の模式的平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ′線に沿った断面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ′線に沿った断面図である。この例では基板４０１上の全面に渡って光起電力素子４０２が設けられている。光起電力素子４０２の表面には透明導電層４０６が設けられている。透明導電層４０６のエッジ部は、エッチングなどによって除去された、透明導電層除去領域４０７が形成されている。さらに、バスバー４０４が載置される部分の透明導電層４０６ａ（非発電領域）と、発電に有効に働く部分の透明導電層４０６ｂ（発電領域）とを電気的に分離するためにその間の透明導電層も除去されている。これにより、光入射側のバスバー４０４と基板側の電極との絶縁をより確実にする。非発電領域の透明導電層４０６ａの上に接着体４０５が設けられ、金属ワイヤー４０３、およびバスバー４０４が配置される。
この例は特に長尺の基板上に連続的に半導体層を積層することにより作製した光起電力素子に適用することができる。
【００１１】
図５は本発明の光起電力デバイスを用いた太陽電池モジュールの一例の模式的断面図である。上述した光起電力デバイス５０１が複数直列に接続され、補強板５０２上に絶縁フィルム５０５と共に樹脂５０３によって封止をし、さらに表面保護層５０４が設けられる。
補強板５０２としては金属板、プラスチック板、ガラス板などが用いられる。樹脂封止用樹脂５０３としては、太陽電池との接着性、耐候性、緩衝効果の点でＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）、ＥＥＡなどが好適に用いられる。絶縁フィルム５０５としては、ナイロンフィルム、ＰＥＴフィルム等が用いられる。表面保護層５０４としてはモジュールの軽量化、フレキシブル性を得るためにフッ素系の樹脂層が好適に用いられる。フッ素系の樹脂としては、例えば４フッ化エチレンの共重合体ＥＴＦＥ（デュポン社製、テフゼル）、ポリフッ化ビニル（デュポン社製、テドラー）などが挙げられる。またこれらの樹脂に紫外線吸収剤を加えることで耐候性を向上させてもよい。
樹脂封止形成の方法としては例えば真空ラミネーターのような装置を用いて、真空中で加熱圧着することが可能である。ガラスなどの透光性の基板を用いた場合にはこれを表面保護層として用い、光起電力デバイスを樹脂封止し、裏面をフッ素樹脂、ＰＥＴなどのフィルムで保護する。
【００１２】
本発明の太陽電池モジュールの補強板を折り曲げることにより太陽電池一体型の建材とし、屋根材、壁材などに適用することができる。また、電力変換装置と共に用いられて電源装置を構成することができる。
図６は電力変換装置の構成の一例で、太陽電池モジュール６０１の電圧、電流を検知する検知器６０２、検知器で検知された出力に応じてインバーター６０４を制御する制御器６０３を備えている。電力変換装置は商用電力系統との連携機能を備えていてもよい。太陽電池モジュール６０１の電力はこのような電力変換装置を介して負荷回路６０５に供給される。
図７は、本発明の光起電力デバイスからなる太陽電池モジュールを屋根材として使用する場合の態様例を示す模式図である。すなわち、図７（ａ）は棟側係止部７０１と軒側係止部７０２を互いにはぜ組む屋根材、図７（ｂ）は野地板７０５上に固定された固定部材７０４に係止部７０３を嵌挿する屋根材、図７（ｃ）は隣り合う屋根材同士の係止部７０６をキャップ７０７で係止する屋根材をそれぞれ示し、これらの平面部には光起電力デバイス７００が設けられている。
【００１３】
以下図２を参照して本発明の光起電力デバイスの構成要素について説明する。
【接着体２０２】
金属ワイヤー固定領域２０１に設けられ、金属ワイヤー２０５およびバスバー２０７を固定する接着体２０２は、高分子フィルム２０３の両面に粘着材２０４を配したものが用いられる。いわゆる両面テープを用いてもよい。高分子フィルムと粘着材は複数積層してもよい。この場合、複数の種類の高分子フィルムまたは粘着材を用いてもよい。
接着体２０２の一例の両面テープとしては、粘着材としてポリジメチルシロキサン（厚さ０．０５０ｍｍ）、高分子フィルムとしてポリイミドフィルム（厚さ０．０２５ｍｍ）、粘着材としてポリジメチルシロキサン（厚さ０．０２５ｍｍ）、ポリエステルフィルム（厚さ０．０７５ｍｍ）、ポリジメチルシロキサン（厚さ０．０５０ｍｍ）を順に積層した、幅７ｍｍの両面テープ（東洋インキ製造製、ダブルフェースＬＥＷ４１１Ａ）が挙げられる。
【００１４】
【高分子フィルム２０３】
高分子フィルム２０３は、粘着材２０４とともに金属ワイヤー２０５またはバスバー２０７を光起電力素子上に配置するための接着体２０２の一部として用いられ、金属ワイヤー２０５またはバイパスダイオードをバスバーに接続する際の半田の熱やバスバーのバリや折れ曲がりなどから光起電力素子を保護するために耐熱性を有することが望ましい。また、絶縁性を有することにより、金属ワイヤーと基板側の電極とがショートすることを防止できる。
前記高分子フィルムの構成材料としては、セロファン、レーヨン、アセテート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリスルホン、不飽和ポリエステル、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドシリコン樹脂が挙げられる。
これらの高分子フィルム材料中で粘着材との接着性、低熱膨張、強度が優れたポリイミド、ポリエチレンテレフタレートは特に好ましいものである。
高分子フィルムは少なくとも融点が２５０℃以上であることが望ましい。
【００１５】
【粘着材２０４】
粘着材２０４としては、アクリル系、ゴム系、シリコーン系、ポリビニルエーテル系、エポキシ系、ポリウレタン系、ナイロン系、ポリアミド系、無機系、または複合型粘着材などが挙げられる。これらの粘着材の中で、接着性、タック、保持力、耐電性、耐湿性などに優れているものが好適に用いられる。これらの中、アクリル系およびシリコン系の粘着材は耐久性や耐熱性、保持力に優れており、特に好ましい。中でも、シリコン系粘着材は吸湿率も低く、耐水性に優れた材料である。粘着材の形成法としてはアプリケーターなどを用いて均一幅に塗布形成する方法がある。粘着材の種類に応じて、乾燥や加熱、加圧、光照射などの処理を行ってもよい。
粘着材の吸湿率は４０℃、８０％ＲＨの環境下、１２時間の保持で好ましくは０．０％〜１．５％、より好ましくは０．０１〜１．０％であることにより、光起電力デバイスの樹脂被覆工程時におこる外観不良を防ぐことができる。
【００１６】
【金属ワイヤー２０５】
本発明の光起電力デバイスの第１の集電電極に用いられる金属ワイヤー２０５としては、銅、銀、金、白金、アルミニウム、モリブデン、タングステンなどの電気抵抗が低い材料が好適に用いられる。また、該金属ワイヤー２０５はこれらの金属の合金であってもよい。さらに、所望に応じて該金属ワイヤーの表面に腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着性向上、電気的導通の改良などの目的で薄い表面金属層を形成してもよい。前記表面金属層としては、銀、パラジューム、銀とパラジュームの合金、金などの腐食されにくい貴金属や、ニッケル、スズなどの耐食性のよい金属が好適なものである。前記表面金属層の形成方法としては、メッキ法、クラッド法が好適に用いられる。また、前記金属をフィラーとして樹脂に分散して作製した導電性樹脂組成物をコートしてもよい。この場合、コート厚みは所望に応じて決定されるものであるが、例えば断面が円形の金属ワイヤーであれば直径の１％から１０％の厚みが好適である。
前記金属ワイヤー２０５の断面形状は円形が好適であるが、矩形であってもよく所望に応じて適宜選択される。前記金属ワイヤーが円形である場合の直径は、電気抵抗ロスとシャドーロスとの和が最小となるように設計して選択されるものであるが、具体的には例えば直径２５μｍから１ｍｍまでが好適に用いられる。より好ましくは２５μｍから２００μｍとすることが効率のよい光起電力デバイスを得ることができる。２５μｍより細い場合はワイヤーが切れ易く、また、電気ロスも大きくなるといった問題がある。また、２００μｍ以上であるとシャドーロスが大きくなったり、光起電力素子表面の凹凸が大きくなってラミネーションなどの樹脂封止の際にＥＶＡなどの充填材を厚くしなければならなくなるといった問題がある。
このような金属ワイヤーは公知の伸線機によって所望の直径に成型して作製される。伸線機を通過した金属ワイヤーは硬質であるが、伸び易さや曲げ易さなどの所望の特性に応じて公知の方法でアニールし、軟質にして用いてもよい。
【００１７】
【導電性接着剤２０６】
上述した金属ワイヤー２０５を導電性接着剤２０６で光起電力素子の表面およびバスバー２０７に接着することにより得られる光起電力デバイスは、起電力を効率よく集電でき、良好な特性を奏するものとなる。接着の方法としては、前記金属ワイヤー全体２０５を導電性接着剤で被覆するか部分的に塗布配置し、加熱、加圧により接着する方法がある（図２（ａ））。また、バスバー２０７に金属ワイヤー２０５を接着する際バスバー２０７側に導電性接着剤２０６を予め塗布し、加熱、加圧により接着してもよい（図２（ｂ））。
本発明において、前記金属ワイヤー２０５を接着するための前記導電性接着剤２０６は、導電性粒子と高分子樹脂とを混和して得られる。前記高分子樹脂としては金属ワイヤーに塗膜を形成し易く、作業性に優れ、柔軟性があり、耐候性が優れた樹脂が好ましい。そうした樹脂としては熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが好ましい。熱硬化性樹脂の具体例として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルホルマール、アルキド樹脂あるいはこれらを変性した樹脂などが好適なものとして挙げられる。これらの中、ウレタン樹脂はエナメル線用絶縁被覆材料として用いられており、柔軟性や生産性の面で優れているので好ましいものである。熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリアミドイミド樹脂、メラミン樹脂、ブチラール、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル、スチレン、ポリエステルなどが好適なものとして挙げられる。
前記導電性粒子は導電性を付与するための顔料であり、具体的な例としては、グラファイト、カーボンブラック、Ｉｎ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＳｎＯ_２，ＩＴＯ，ＺｎＯなどの金属酸化物、およびこれらに適当なドーパントを添加した酸化物半導体材料などが好適なものとして挙げられる。前記導電性粒子の粒径は、形成する前記被覆層の厚みよりも小さくする必要があるが、小さすぎると粒子同士の接触点での抵抗が大きくなるため所望の比抵抗が得られなくなる。このような事情から前記導電性粒子は平均粒径が０．０２μｍ乃至１５μｍの範囲であることが望ましい。前記導電性粒子と前記高分子樹脂とは所望の比抵抗を得るため好適な比率で混合される。導電性粒子の量を多くすると比抵抗は低くなるが樹脂の比率が少なくなるため塗膜としての安定性は悪くなる。また、樹脂の量を多くすると導電性粒子どうしの接触が不良となり高抵抗化する。従って、好適な比率は、用いる高分子樹脂と導電性粒子および所望の物性値によって適宜選択される。具体的には導電性粒子を５体積％から９５体積％程度とすることで良好な比抵抗が得られる。
導電性接着剤２０６は、その比抵抗が光起電力素子によって発生する電流を集電するのに無視し得る程度であり、かつ、金属ワイヤーからの金属イオンのマイグレーションが原因となるシャントが生じないように適度な膜厚とすることが必要である。具体的には該比抵抗は０．０１乃至１００Ω・ｃｍ程度であることが好ましい。０．０１Ω・ｃｍ以下であるとシャントを防ぐバリア機能が少なくなり、１００Ω・ｃｍ以上では電気抵抗ロスが大きくなるためである。前記導電性粒子および高分子樹脂の混合に際しては、３本ロールミル、ペイントシェーカー、ビーズミルなどの通常の分散装置を用いることができる。分散を良好とするため所望に応じて公知の分散剤を添加してもよい。また、分散時あるいは分散後に導電性樹脂の粘度調整のため適当な溶剤で希釈してもよい。
【００１８】
【バスバー２０７】
バスバー２０７は金属ワイヤー端部固定領域２０１に設けられる。金属ワイヤー端部固定領域２０１としては以下の態様が可能である。
（１）光起電力素子の基板露出部
（２）光起電力素子の最表面に設けられる透明電極が除去された部分
（３）光起電力素子の最表面に設けられる透明電極上で、該透明電極は半導体層と非接続である部分
本発明において使用するバスバー２０７は、電気抵抗の低い金属または合金で形成する。そうした材料の具体的例としては、銅、銀、金、白金、アルミニウム、スズ、鉛、ニッケルなどの金属およびこれら金属の合金が挙げられる。必要に応じて前記バスバーの表面には、腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着性向上、電気的導通の改良などの目的で薄い表面金属層を形成してもよい。また、バスバーの少なくとも一部に導電性ペーストを塗布し、金属ワイヤーとバスバーを電気的に接続するようにしてもよい。その形状は帯状の箔体、またはワイヤーが可能である。
【００１９】
以下図１に示す光起電力素子１０２について説明する。
【光起電力素子１０２】
本発明における光起電力素子１０２の構成としては、基板１０１の上に第１の電極と第１の電極上に設けた発電に寄与する半導体層と該半導体層の光入射面側に設けた金属ワイヤーからなる第２の電極を設けた構成が好ましい。また、所望に応じて前記半導体層の光入射面側と前記金属ワイヤーとの間に反射防止の目的と表面抵抗を低くする目的で透明導電層を設けてもよい。前記第１の電極は半導体層の裏面側に設けられるものであり、スクリーン印刷法、蒸着法などの方法で金属層を形成してつくられる。該金属層を構成する金属の種類は半導体と良好なオーミック性が得られるものを適宜選択して用いる。
前記半導体層が例えばアモルファスシリコン薄膜からなるものである場合には支持基板が必要となり、該支持基板としては絶縁性あるいは導電性基板が用いられる。この場合前記第１の電極は前記基板上に堆積される。
前記第１の電極としては、ステンレスやアルミなどの金属基板が好適に用いられるが、ガラス、高分子樹脂、セラミックスなどの絶縁性基板の上にクロム、アルミニウム、銀などの金属を蒸着したものであってもよい。また、光起電力素子が結晶シリコン光起電力素子である場合には、上述した基板を設けずに、第１の電極を銀ペーストのスクリーン印刷などで形成してもよい。
樹脂などの絶縁性基板上に金属層を形成した基板の場合、上下電極間の絶縁をより確実にするために、バスバーを載置する非発電領域の基板表面の第１の電極は除去されていてもよい。
前記半導体層としてはｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ショットキー接合などの半導体接合を有する構造を持つことが必要であり、そうした半導体層としては、結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのＩＶ族の半導体やＣｄＳ，ＣｄＴｅなどのＩＩ，ＶＩ族の半導体やＧａＡｓなどのＩＩＩ，Ｖ族の半導体が好適に用いられる。また、シングルセルだけでなくｐｉｎ接合またはｐｎ接合を複数重ねたタンデムセル、トリプルセルも好適に用いられる。前記タンデムセル構成の具体例としては例えばａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉｎのトップセルとボトムセルとを積層した構成、ａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉｎのトップセルとａ−ＳｉＧｅのｉ層を有するｐｉｎのボトムセルを積層した構成が挙げられる。また、トップセルをａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉｎ構造のものとし、ボトムセルを薄膜の多結晶のｐｎ構造のものにしてもよい。前記トリプルセル構成の具体例としては、ａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉｎ構造のトップセルとミドルセル、そしてａ−ＳｉＧｅのｉ層を有するｐｉｎ構造のボトムセルを積層した構成；ａ−Ｓｉのｉ層を有するｐｉｎ構造のトップセル、ａ−ＳｉＧｅのｉ層を有するｐｉｎ構造のミドルセル、そしてａ−ＳｉＧｅのｉ層を有するｐｉｎ構造のボトムセルを積層した構成が挙げられる。
前記透明導電層としては、ＩＴＯ，ＳｎＯ_２，Ｉｎ_２Ｏ_３などの公知の材料が好適に用いられる。
本発明の金属ワイヤーからなる第２の電極は前記半導体層の光入射面側に配置されるが、配置方法としては集電の電気抵抗による損失とシャドーロスとの和が最小となるように適当な間隔で平行に配置するのが好ましい。例えば透明電極層のシート抵抗が１００Ω／□程度であれば金属ワイヤーの間隔は５ｍｍ程度が好ましい。また、細い径のワイヤーを用いた場合にはピッチを狭くし、太い径のワイヤーを用いた場合にはピッチを広くするという最適化を行うことで最適な効率が得られる。
【００２０】
【光起電力デバイスの製造】
上述した金属ワイヤーをバスバーおよび光起電力素子の半導体層または透明導電膜の上に導電性接着剤で接着することにより光起電力デバイスを構成する。その方法は、熱または圧力あるいは熱と圧力で接着する方法が好ましい。加熱温度としては前記導電性接着剤が軟化し、バスバー及び／又は光起電力素子の表面に接着する温度以上にすることが好ましい。また、圧力としては導電性接着剤が適度に変形する圧力が好ましく、光起電力素子を破壊しない程度の圧力以下でなければならない。具体的には例えば、アモルファスシリコンのような薄膜光起電力素子では０．１ｋｇ／ｃｍ^２から１．０ｋｇ／ｃｍ^２が好適である。
接着方法としては、金属ワイヤーの端部または全体に導電性接着剤を予め塗布被覆することが望ましい。金属ワイヤーの全長に渡って導電性接着剤が塗布される場合、金属ワイヤーとバスバーとの接続および金属ワイヤーと光起電力素子表面との接続を同時に行うことができ、作業時間を大幅に短縮することができる。導電性接着剤はバスバーのほうに塗布しておいてもよいし、金属ワイヤーとバスバーの両方に塗布しておいてもよい。
光起電力素子表面に金属ワイヤーを接着するには、スクリーン印刷などで直線状や所望の形のドットで導電性接着剤を形成し、ワイヤーを配置、接着してもよい。
導電性接着剤が熱可塑性であれば加熱により軟化するが、熱硬化性の樹脂の場合は、ワイヤー及び／又はバスバーへの塗布や光起電力素子上への印刷を行う時に硬化反応はさせずに溶剤の乾燥のみ行って、接着時に加熱により硬化させてもよい。
【００２１】
【実施例】
以下に実施例を示して本願発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００２２】
【実施例１】
図４に示す電極構造を有する光起電力デバイスを用いた太陽電池モジュールを以下のようにして作製した。
【集電電極の作製】
集電電極である金属ワイヤー４０３として、図２（ａ）に示す金属ワイヤー２０５からなるコアと導電性接着剤２０６からなる被覆層（クラッド）で構成された断面構造を有する被覆金属ワイヤーを以下のようにして作製した。
（１）集電電極を構成する金属ワイヤー（コア）として、厚み２μｍの銀クラッド層で銅線の表面を被覆した直径１００μｍの銀クラッド銅ワイヤーを用意した。
（２）前記被覆層としての導電性接着剤を形成させるためのカーボンペーストを以下のように作製した。まず、溶剤として酢酸エチル２．５ｇ、ＩＰＡ２．５ｇの混合溶剤を分散用シェーク瓶に加えボールミルで十分撹拌した。次に、硬化剤としてブロックイソシアネートを１．１ｇ、分散用ガラスビーズ１０ｇを加えた。次に、導電性粒子として平均の一次粒径が０．０５μｍのカーボンブラックを２．５ｇを加えた。このようにして調整したシェーク瓶中の材料を東洋精機製作所製ペイント・シェークにて１０時間分散処理し均一化した。その後、かくして得られた導電性接着剤から分散用ガラスビーズを取り除いた。
得られた導電性接着剤の一部をサンプリングしてその平均粒子径を測定したところ約１μｍであった。前記接着剤を前記硬化剤の標準硬化条件である１６０℃、３０分で加熱硬化させ、その体積抵抗率を測定したところ、１０Ω・ｃｍであり十分低抵抗であることが確認された。
（３）上述した銀クラッド銅ワイヤーに、不図示のコート用ダイスの口径が１５０μｍから２００μｍであるワイヤーコート機を用いて被覆層として前記導電性接着剤を塗布し、ついで乾燥して形成した。なお、塗布速度は４０ｍ／ｍｉｎで滞留時間が２ｓｅｃ、乾燥炉の温度は１２０℃とし、同条件で５回繰り返して金属ワイヤーをコートした。前記ワイヤーに塗布された導電性接着剤は溶剤を揮発させ未硬化状態で存在する。
以上のようにして、集電電極である金属ワイヤー４０３を得た。
【００２３】
【光起電力素子の作製】
（４）光起電力素子４０２として、以下のようにして作製したトリプルセルタイプの光起電力素子を用意した。
すなわち、支持基板４０１としての厚み１２５μｍのＳＵＳ４３０ＢＡ基板１２５μｍを脱脂、洗浄後、該基板上に不図示のＤＣスパッタ装置を用い下部電極として５００Å厚のＡｇ膜と５００Å厚のＺｎＯ膜からなる層を形成した。ついで、不図示のＲＦプラズマＣＶＤ成膜装置を用い、４００Å膜厚のｎ型ａ−Ｓｉ層／１０００Å膜厚のｉ型ａ−ＳｉＧｅ層／１００Å膜厚のｐ型μＣ−Ｓｉ層からなるボトムセル、４００Å膜厚のｎ型ａ−Ｓｉ層／９００Å膜厚のｉ型ａ−ＳｉＧｅ層／１００Å膜厚のｐ型μＣ−Ｓｉ層からなるミドルセル、１００Å膜厚のｎ型ａ−Ｓｉ層／１０００Å膜厚のｉ型ａ−Ｓｉ層／１００Å膜厚のｐ型μＣ−Ｓｉ層からなるトップセルをこの順序で形成した。ここで、各セルのｎ型ａ−Ｓｉ層はＳｉＨ_４とＰＨ_３とＨ_２の混合ガスから形成し、各セルのｐ型μＣ−Ｓｉ層はＳｉＨ_４とＢＦ_３とＨ_２の混合ガスから形成した。また、ボトムセルおよびミドルセルのｉ型ａ−ＳｉＧｅ層はＳｉＨ_４とＧｅＨ_４とＨ_２の混合ガスから形成し、トップセルのｉ型ａ−Ｓｉ層はＳｉＨ_４とＨ_２の混合ガスから形成した。ついで、前記トップセルのｐ型層上に不図示の抵抗加熱式蒸着装置を用い透明電極として、ＩＴＯ透明電極層７００Åを形成した。かくして、光起電力素子４０２を得た。
【００２４】
【光起電力デバイスの作製】
（５）上記（４）において得られた光起電力素子４０２の大きさは３０ｃｍ×３０ｃｍであった。素子の有効面積が９００ｃｍ^２となるように塩化第二鉄を主成分とするエッチングペーストと市販の印刷機を用いて透明導電膜の一部を除去て透明導電層除去領域４０７を形成し、発電領域の透明導電層４０６ｂおよび非発電領域の透明導電層４０６ａを形成した。
（６）上記（５）で形成された透明電極層４０６ａの上に、シリコーン粘着剤５０μｍ／ポリイミド２５μｍ／シリコーン粘着剤２５μｍ／ポリエチレンテレフタレート７５μｍ／シリコーン粘着剤５０μｍの積層体からなる接着体４０５を接着配置し、上記（３）で得られた金属ワイヤー４０３を５．５ｍｍ間隔で張り、配置、前記積層体上で固定した。
（７）バスバー４０４としての硬質銅を銀クラッドで被覆した幅７ｍｍの銅箔を金属ワイヤー４０３および接着体４０５の上に配置した。
（８）バスバー４０３を上記光起電力素子４０２のセル面に接着するために加熱圧着した。条件は２００℃、１ｍｉｎ、圧力１ｋｇ／ｃｍ^２で行った。
（９）前記金属ワイヤー４０３をバスバー４０４に接着するために、加熱圧着した。加熱条件は、２００℃、１５ｓｅｃ、圧力は５ｋｇ／ｃｍ^２で行った。金属ワイヤーがバスバーに接着された断面は図２（ａ）に示す。
かくして図４に示す構成の光起電力デバイスを得た。
以上の光起電力デバイスの作製手法を繰り返し行って、合計１２個の光起電力デバイスを作製した。得られた１２個の光起電力デバイスの中、１０個を（ｉ）２５℃，５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持した。残り１個を以下に述べる半田耐性試験用に取っておいた。
【００２５】
【ラミネーション】
（１０）以上で得られ、上記（ｉ）、（ｉｉ）条件下で保持した光起電力デバイスに対しての樹脂封止を以下のように行った。すなわち、光起電力デバイスの上下にクレーンガラスおよびＥＶＡ積層し、さらにその上下にフッ素樹脂フィルムＥＴＦＥを積層し、真空ラミネーターに投入して１６０℃、６０ｍｉｎ保持しラミネーションを行った。かくして１１個の太陽電池モジュールを得た。
【００２６】
【評価】
上記（９）で保存しておいた光起電力デバイスを以下に述べる半田耐性試験に付して評価した。評価結果は表１に示す。また、上記１２で得られた１１個の太陽電池モジュールを以下に述べるように評価した。評価結果は表１に示す。
（光起電力デバイスの半田耐性試験）
光起電力デバイスのバスバー上にこて先温度▲１▼２８０℃および▲２▼３２０℃のものをそれぞれ１分間押し付けた。その後、バスバーを接着体から剥がし、高分子フィルムの表面状態を目視で観察した。観察結果を以下の基準で表１に示す。
○：３２０℃においても接着体の溶融が見られない場合、
△：３２０℃では接着体中のフィルム表面が溶融しているが、２８０℃では溶融が見られない場合、そして
×：２８０℃では接着体中のフィルム表面が溶融している場合。
（モジュール試料の特性評価）
イ．上記（ｉ）の環境下および上記（ｉｉ）の環境下で１２時間保持した光起電力素子デバイスを使用して、得られたそれぞれの太陽電池モジュールの初期外観を目視により観察した。観察結果を以下の基準で表１に示す。
○：気泡などの樹脂充填不良が見られない場合、そして
△：実使用上問題がない程度に充填不良が発生している場合。
ロ．上記（ｉ）の環境下で保持した光起電力デバイスを使用して得られた太陽電池モジュールの暗状態での電圧−電流特性を測定し、電圧−電流特性曲線原点付近の傾きからのシャント抵抗を算出した。得られた結果を以下の基準で表１に示す。
○：２００ｋΩ・ｃｍ^２以上の場合、
△：５０ｋΩ・ｃｍ^２以上２００ｋΩ・ｃｍ^２未満の場合、そして
×：５０ｋΩ・ｃｍ^２未満の場合。
ハ．上記（ｉ）の環境下で１２時間保持した光起電力デバイスを使用して得られた太陽電池モジュール１０個に対してＡＭ１．５のグローバルの太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃｍ^２の光量の擬似太陽光光源（以下シュミレータと呼ぶ）を用いて電流−電圧特性を測定し、変換効率を求め、それら１０個の太陽電池モジュールの変換効率の平均を算出した。得られた結果を以下の基準で表１に示す。なお、本実施例の変換効率を１．０とした。
○：相対値が０．９以上の場合、そして
△：相対値が０．８以上０．９未満の場合。
ニ．上記ハに用いた太陽電池モジュールについて日本工業規格Ｃ８９１７の結晶系太陽電池モジュール環境試験方法および耐久試験方法に定められた温湿度サイクル試験Ａ−２に基づく温湿度サイクル試験を行った。すなわち、試料を温湿度が制御できる恒温恒湿機に投入し、−４０℃、１時間保持から８５℃（相対湿度８５％ＲＨ）、２２時間保持に変化させるサイクル試験を２０回繰り返し行った。次に、試験終了後の試料を上記ハと同様にシュミレータを用いて変換効率を測定した。上記ハで得られた変換効率を初期変換効率として、これと温湿度サイクル試験後の変換効率を対比して変化率を求め、得られた結果を以下の基準で表１に示す。
○：初期変換効率に対して平均で２％未満の低下の場合、そして
×：初期変換効率に対して平均で２％以上の低下の場合。
【００２７】
【実施例２】
実施例１と同様にして光起電力デバイスを１２個作製し、そのうち１０個を（ｉ）２５℃、５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持し、残り１個を半田耐性試験に用いた。（ｉ）、（ｉｉ）環境下で保持した１１個の光起電力デバイスを用いて、接着体にアクリル粘着剤５０μｍ／ポリイミド２５μｍ／アクリル粘着剤２５μｍ／ポリエチレンテレフタレート７５μｍ／アクリル粘着剤５０μｍの積層体からなる接着体にした以外は実施例１と同様にして１１個の太陽電池モジュールを作製した。
得られた光起電力デバイスおよび太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。評価結果は表１に示す。
【００２８】
【実施例３】
実施例１と同様にして、光起電力デバイスを１２個作製し、そのうち１０個を（ｉ）２５℃、５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持した。残り１個を半田耐性試験に用いた。（ｉ）、（ｉｉ）環境下で保持した１１個の光起電力デバイスを用い、バスバーの銀メッキをしていない銅を用いた以外は実施例１と同様にして、１１個の太陽電池モジュールを作製した。
得られた光起電力デバイスおよび太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。評価結果は表１に示す。
【００２９】
【実施例４】
実施例１と同様にして光起電力デバイスを１２個作製し、そのうち１０個を（ｉ）２５℃、５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持した。残り１個を半田耐性試験に用いた。（ｉ）、（ｉｉ）環境下で保持した１１個の光起電力デバイスを用い、接着体にアクリル粘着剤５０μｍ／ポリエチレンテレフタレート１５０μｍ／アクリル粘着剤５０μｍの積層体からなる接着体にした以外は実施例１と同様にして１１個の太陽電池モジュールを作製した。
得られた光起電力デバイスおよび太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。評価結果は表１に示す。
【００３０】
【実施例５】
実施例１と同様にして光起電力デバイスを１２個作製し、そのうち１０個を（ｉ）２５℃、５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持した。残り１個を半田耐性試験に用いた。（ｉ）、（ｉｉ）環境下で保持した１１個の光起電力デバイスを用い、接着体にシリコーン粘着剤５０μｍ／ポリイミド５０μｍ／シリコーン粘着剤５０μｍの積層体からなる接着体にした以外は実施例１と同様にして１１個の太陽電池モジュールを作製した。
得られた光起電力デバイスおよび太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。評価結果は表１に示す。
【００３１】
【比較例１】
実施例１と同様にして光起電力デバイスを１２個作製し、そのうち１０個を（ｉ）２５℃、５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持した。残り１個を半田耐性試験に用いた。（ｉ）、（ｉｉ）環境下で保持した１１個の光起電力デバイスを用い、高分子フィルム層を持たない接着体を使用した以外は実施例１と同様にして、１１個の太陽電池モジュールを作製した。
得られた光起電力デバイスおよび太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。評価結果は表１に示す。
【００３２】
【比較例２】
実施例１と同様にして光起電力デバイスを１２個作製し、そのうち１０個を（ｉ）２５℃、５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持した。残り１個を半田耐性試験に用いた。（ｉ）、（ｉｉ）環境下で保持した１１個の光起電力デバイスを用い、高分子層としてナイロンを用い、粘着剤としてアクリル粘着剤を用いた接着体を使用した以外は実施例１と同様にして１１個の太陽電池モジュールを作製した。
得られた光起電力デバイスおよび太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。評価結果は表１に示す。
【００３３】
【比較例３】
実施例１と同様にして、光起電力デバイスを１２個作製し、そのうち１０個を（ｉ）２５℃、５０％ＲＨ環境下で１２時間保持し、１個を（ｉｉ）３５℃、９０％ＲＨ環境下に１２時間保持した。残り１個を半田耐性試験に用いた。（ｉ）、（ｉｉ）環境下で保持した１１個の光起電力デバイスを用い、高分子層としてナイロンを用い、粘着剤としてシリコーン粘着剤を用いた接着体を使用した以外は実施例１と同様にして１１個の太陽電池モジュールを作製した。
得られた光起電力デバイスおよび太陽電池モジュールを実施例１におけると同様に評価した。評価結果は表１に示す。
【００３４】
表１に示す結果に基づいて以下のことが理解される。
耐熱性高分子フィルムを用いた接着体を使用した本発明の実施例においては、半田耐性が高く、半田の熱によって光起電力素子が損傷を受けることもない。また、バスバーと光起電力素子との間に任意の間隔を保つことができるためにバスバーに使われる金属体のバリや折れから光起電力素子を保護することができる。これに対して高分子フィルムを使用しない比較例１では、半田耐性試験で、光起電力デバイスが損傷し、短絡を引き起こしたために初期の変換効率の低下、温湿度サイクル後の変換効率においても低下傾向が見られた。耐熱性の低いナイロンを高分子フィルムとして使用した比較例２，３では、同様に半田耐性試験で、光起電力デバイスが損傷し、短絡を引き起こしたために初期の変換効率の低下、温湿度サイクル後の変換効率においても低下傾向が見られた。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【発明の効果】
上述した本発明の構成によれば、以下の効果が奏される。
（１）接着体は少なくとも１種類以上の粘着剤と少なくとも１種類以上の高分子フィルム層からなるため、金属ワイヤーをバスバー上にハンダで接続する際局部的に３００℃〜４００℃の熱が付与されても、光起電力素子を熱から保護することができ歩留が向上する。また、高分子フィルム層がバスバーと光起電力素子とに任意の間隔を保つことが可能であり、バスバーに用いられる金属体のバリ、折り曲がりによる光起電力素子の短絡を防ぐことができる。
（２）金属ワイヤーの少なくとも一部が導電性接着剤によって光起電力素子の表面に接着されていることで金属ワイヤーによる集電性が高まり、さらに金属ワイヤーを用いることでシャドーロスを軽減した光起電力デバイス用の信頼性の高い電極構造を達成することができる。
（３）バスバーが少なくとも一部に導電性ペーストで被覆された構造にすることによりそれと金属ワイヤーとの接続が確実となり、かつ、接続面との接触抵抗を軽減することができる。
（４）金属ワイヤーを導電性ペーストで被覆することにより金属ワイヤーからの金属イオンの光起電力素子上へのマイグレーションが防止でき、金属マイグレーションが原因となるシャントを防ぐことができ、光起電力デバイスの信頼性を向上することができる。
（５）接着体として、吸湿率が４０℃、８０％ＲＨの環境下、１２時間の保持で１．５％以下である粘着剤を用いることで、光起電力素子の樹脂被覆工程時におこる外観不良を防ぐことができる。
（６）接着体として電気絶縁性の優れた粘着剤を用いることで、効率よく発電された電気をバスバーに集電することができ、電気特性の優れた光起電力デバイスとすることができる。
（７）光起電力素子に粘着剤と高分子フィルム層からなる接着体を配置する工程と、前記接着体上および前記光起電力素子上に金属ワイヤーを配置する工程と、前記接着体上および前記集電電極上にバスバーを配置する工程と、熱又は／及び圧力により前記集電電極と前記バスバーを導電性接着剤で接着する工程とを有することを特徴とする光起電力デバイスの製造方法により、前記接着体は金属ワイヤーの固定とバスバー固定の両方を行いながら前記金属ワイヤーの形成と前記バスバーの接続が同時に行われ、これにより工程を削減し、製造プロセスが簡便になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極構造を有する光起電力デバイスの一例を示す図である。
【図２】本発明における集電電極とバスバーとの接続部の略断面図である。
【図３】本発明における集電電極と光起電力素子との接続を示す図である。
【図４】本発明の電極構造を用いた光起電力デバイスの一例を示す図である。
【図５】本発明の光起電力デバイスを用いた太陽電池モジュールの一例を示す図である。
【図６】本発明の太陽電池モジュールを用いた電源装置の一例を示す図である。
【図７】本発明の太陽電池モジュールからなる屋根材の例を示す図である。
【符号の説明】
１００，５０１，７００光起電力デバイス
１０１，４０１支持体
１０２，２０１，３０１，４０２光起電力素子
１０３，２０５，３０２，４０３金属ワイヤー
１０４，２０７，４０４バスバー
１０５，２０２，４０５接着体
２０３高分子フィルム
２０４粘着剤
２０６，３０３導電性接着剤
３００集電電極
４０６ａ，４０６ｂ透明導電層
５０２補強板
５０３樹脂
５０４表面保護層
５０５絶縁フィルム
６０１太陽電池モジュール
６０２検知器
６０３制御器
６０４インバーター
６０５負荷回路
７０１棟側係止部
７０２軒側係止部
７０３，７０６係止部
７０４固定部
７０５野地板
７０７キャップ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a photovoltaic device having a highly reliable electrode structure and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a photovoltaic device having an improved connection structure of a current collecting electrode having a metal wire and a bus bar, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In order to efficiently collect the power of a solar cell, a technique of providing a plurality of linear electrodes on the surface of the solar cell is known. Further, it is known to provide a common bus bar at the ends of the plurality of linear electrodes and to take out power to the outside.
U.S. Pat. No. 4,260,429 discloses that a plurality of metal wires coated with a polymer containing conductive particles are fixed to a solar cell surface by heat and / or pressure as current collecting electrodes provided on the solar cell surface. Is described. It also describes that the ends of the metal wires are connected to a common bus bar.
In U.S. Pat. No. 5,084,107, a conductive adhesive is applied to at least a part of a plurality of metal wires held at both ends by clamps, and the metal wires are heated while being pressed against the solar cell surface. A method is described in which a conductive adhesive is solidified by heating and then a metal wire is cut to form a current collecting electrode on the surface of a solar cell. Further, it is described that a current collecting electrode for collecting a current of the metal wire is connected to the metal wire.
As a method of connecting the current collecting electrode and the bus bar, a method using a conductive paste and a method using solder are considered. When a conductive paste is used, a plurality of points are discharged using an applicator for discharging the conductive paste, and then the paste is dried or cured. When using solder, a metal wire and a bus bar are directly fixed via solder.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described method has the following problems when the electrode configuration as disclosed in the above-described related art is used for a solar cell.
(1) To connect a current collecting electrode, a bypass diode, or a metal member for serially or paralleling solar cells to a bus bar by soldering, to locally melt the solder, a high heat of 250 ° C. to 350 ° C. Therefore, there is a problem that the photovoltaic element receives thermal damage and affects characteristics.
(2) In order to connect the current collecting electrode made of a metal wire to the bus bar by soldering, it is difficult to connect the current collecting electrode to the bus bar through the conductive adhesive coating layer. It is necessary to attach them, and it is necessary to adhere at many points, and workability is poor.
(3) Burrs or bends of the metal body used for the bus bar penetrate the semiconductor layer and cause a short circuit.
(4) The method of connecting a metal wire to a bus bar with a silver paste requires an applicator for discharging an appropriate amount of the silver paste, and further requires a step of heating, drying, and curing the silver paste.
(5) There is a problem in that the silver paste in the application portion becomes thick or uneven because the silver paste is applied to the uneven portion, and the sealing portion is broken through lamination or the like.
(6) In order to improve the adherence of the solder, when a flux is used in combination or when a solder containing a dust is used, it is necessary to remove and dry the flux and the dust in another step such as ultrasonic cleaning.
(7) In any of the above methods, when the metal wire is stretched and arranged, the area is temporarily fixed using an adhesive or the like in the non-power generation area of the solar cell, so that the area for the temporary fixing is required other than the bus bar forming section. Therefore, an extra area is required.
[0004]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable electrode structure for a photovoltaic device which overcomes the above-mentioned problems in the prior art and has good workability.
Another object of the present invention is to provide a photovoltaic device using the electrode structure and having good characteristics.
Still another object of the present invention is to provide a method for stably and efficiently manufacturing a photovoltaic device using the electrode structure.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art and achieves the above object.
The present invention has a substrate having a conductive surface, a semiconductor layer, a transparent electrode, a power generation region having a metal wire, and a metal wire end fixing region for fixing an end of the metal wire, and the metal wire is A photovoltaic device fixed to a polymer film via an adhesive.
The present invention also includes a power generation region having a substrate having a conductive surface, a semiconductor layer, a transparent electrode, and a metal wire, and a metal wire end fixing region for fixing an end of the metal wire, wherein the metal wire Is fixed to the polymer film via an adhesive, and the metal wire is sandwiched between the bus bar and the adhesive body and is electrically connected to the bus bar. In the device.
The present invention includes a method for manufacturing a photovoltaic device having the above-mentioned electrode structure.
The method includes manufacturing a photovoltaic device having a power generation region having a substrate having a conductive surface, a semiconductor layer, a transparent electrode, and a metal wire, and a metal wire end fixing region for fixing an end of the metal wire. A method comprising: arranging an adhesive comprising an adhesive and a polymer film layer in the wire end fixing region; arranging a metal wire on the adhesive and on the photovoltaic element; The method includes a step of arranging a bus bar on the adhesive body and the metal wire, and a step of bonding the metal wire and the bus bar with a conductive adhesive by heat and / or output.
[0006]
[Example of embodiment]
FIG. 1A is a schematic plan view of the photovoltaic device of the present invention, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. FIG. 1C is a schematic cross-sectional view along the line BB ′ in FIG.
1A to 1C, reference numeral 100 denotes a photovoltaic device, 101 denotes a support substrate, 102 denotes a photovoltaic element, 103 denotes a metal wire serving as a first current collecting electrode, and 104 denotes a second current collecting electrode. A bus bar 105 serving as an electrode is an adhesive.
The photovoltaic element 102 has a lower electrode, a semiconductor layer, and a transparent electrode. When the substrate 101 has a conductive surface, the lower electrode need not be provided.
1A to 1C, the adhesive 105 is provided at the end of the substrate 101 where the photovoltaic element 102 does not exist. The bus bar 104 may be provided on two opposing sides as in this example, or may be provided on only one side. The metal wire 103 efficiently collects the current generated by the photovoltaic element 102, and the bus bar 104 has a function of collectively extracting the current collected by the metal wire 103 to the outside. The adhesive 105 has a function of fixing the metal wire 103 and the bus bar 104 to the photovoltaic element 102.
As described above, FIG. 1B is a cross-sectional view in the direction along the metal wire 103. As apparent from FIG. 1B, the end of the metal wire 103 is sandwiched between the adhesive 105 provided on the substrate 101 and the bus bar 104.
As described above, FIG. 1C is a cross-sectional view in the direction along the bus bar 104. As apparent from FIG. 1C, the metal wire 103 is laid in the adhesive 105 and sandwiched between the bus bars 104. The bus bar 104 is also in contact with the adhesive 105.
[0007]
The fabrication of the photovoltaic device is performed as follows. That is, the adhesive 105 is placed and fixed on the exposed portion of the substrate 101, and the metal wire 103, which has been coated with a conductive adhesive in advance, is placed on the photovoltaic element 102 and the adhesive 105. A plurality of metal wires are provided according to the size of the photovoltaic element. At this time, the end of the metal wire 103 is fixed by the adhesive 105. Subsequently, the bus bar 104 is arranged on the adhesive body 105 with the metal wire 103 interposed therebetween. The bus bar 104 is also fixed by the adhesive 105. Finally, by heating and pressing the entire photovoltaic element 100, the conductive adhesive of the metal wire 103 is melted and solidified, and the electrical and mechanical connection between the metal wire 103 and the photovoltaic element 102 and the bus bar 104 is performed. Is completed. The conductive adhesive of the metal wire 103 may be partially provided so as to be provided at least in a portion in contact with the bus bar 104.
[0008]
FIG. 2 is an enlarged schematic diagram showing a positional relationship between the photovoltaic element 201, the metal wire 205, and the bus bar 207. In FIG. 2, 201 is a metal wire end fixing region, 202 is an adhesive, 205 is a metal wire as a first current collecting electrode, 206 is a conductive adhesive, and 207 is a bus bar as a second current collecting electrode. is there. The adhesive 202 is formed by forming an adhesive 204 on both sides of a polymer film 203.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view when a metal wire 205 is covered with a conductive adhesive 206 and adhered to a bus bar 207. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view when a conductive adhesive 206 is applied to the bus bar 207 and the metal wire 205 is bonded to the bus bar 207. The conductive adhesive 206 may be applied to the entire bus bar 207 or partially. Further, the conductive adhesive 206 may be formed on both the metal wire 205 and the bus bar 207. A transparent conductive layer may be formed on the surface of the photovoltaic element 201, or the semiconductor layer may be exposed by removing the transparent conductive layer. Further, the adhesive 202 may be provided on the substrate of the photovoltaic element.
[0009]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state where a metal wire is adhered to the surface of the photovoltaic element. In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a photovoltaic element, 302 denotes a metal wire, and 303 denotes a conductive adhesive. Reference numeral 300 denotes a first current collecting electrode made of a metal wire and a conductive adhesive 303. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view when a metal wire is covered with a conductive adhesive and adhered to the surface of the photovoltaic element. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view when a metal wire 302 is arranged on a photovoltaic element 301 and a conductive adhesive 303 is partially arranged and adhered.
[0010]
FIG. 4A is a schematic plan view of another example of the photovoltaic device of the present invention. FIG. 4B is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. 4A, and FIG. 4C is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. . In this example, a photovoltaic element 402 is provided over the entire surface of the substrate 401. On the surface of the photovoltaic element 402, a transparent conductive layer 406 is provided. An edge portion of the transparent conductive layer 406 is provided with a transparent conductive layer removed region 407 which is removed by etching or the like. Further, the transparent conductive layer 406a (the non-power generation region) where the bus bar 404 is placed and the transparent conductive layer 406b (the power generation region) where the busbar 404 works effectively for power generation are electrically separated so as to electrically separate them. The layers have also been removed. Thereby, the insulation between the bus bar 404 on the light incident side and the electrode on the substrate side is further ensured. An adhesive 405 is provided on the transparent conductive layer 406a in the non-power generation region, and a metal wire 403 and a bus bar 404 are arranged.
This example can be particularly applied to a photovoltaic element manufactured by successively stacking semiconductor layers on a long substrate.
[0011]
FIG. 5 is a schematic sectional view of an example of a solar cell module using the photovoltaic device of the present invention. A plurality of the above-described photovoltaic devices 501 are connected in series, sealed with a resin 503 together with an insulating film 505 on a reinforcing plate 502, and further provided with a surface protective layer 504.
As the reinforcing plate 502, a metal plate, a plastic plate, a glass plate, or the like is used. As the resin for resin sealing 503, EVA (ethylene vinyl acetate), EEA, or the like is preferably used in terms of adhesion to a solar cell, weather resistance, and a buffer effect. As the insulating film 505, a nylon film, a PET film, or the like is used. As the surface protective layer 504, a fluorine-based resin layer is suitably used in order to obtain a lightweight and flexible module. Examples of the fluorine-based resin include a copolymer of ethylene tetrafluoride ETFE (manufactured by DuPont, Tefzel) and polyvinyl fluoride (manufactured by DuPont, Tedlar). Further, weather resistance may be improved by adding an ultraviolet absorber to these resins.
As a method of forming the resin sealing, for example, it is possible to heat and press in a vacuum using an apparatus such as a vacuum laminator. When a light-transmitting substrate such as glass is used, this is used as a surface protection layer, the photovoltaic device is sealed with resin, and the back surface is protected with a film such as fluororesin or PET.
[0012]
By bending the reinforcing plate of the solar cell module of the present invention, a solar cell integrated type building material can be applied to a roof material, a wall material and the like. Further, the power supply device can be used together with the power conversion device.
FIG. 6 shows an example of the configuration of the power conversion device, which includes a detector 602 for detecting the voltage and current of the solar cell module 601 and a controller 603 for controlling an inverter 604 according to the output detected by the detector. The power converter may have a function of cooperating with a commercial power system. The power of the solar cell module 601 is supplied to the load circuit 605 via such a power converter.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a case where a solar cell module including the photovoltaic device of the present invention is used as a roof material. That is, FIG. 7A shows a roof material in which a ridge side locking portion 701 and an eave side locking portion 702 are assembled together, and FIG. 7B shows a locking member on a fixing member 704 fixed on a base plate 705. 7C shows a roofing material to be inserted, and FIG. 7C shows a roofing material for locking a locking portion 706 between adjacent roofing materials with a cap 707, and a photovoltaic device 700 is provided on these flat portions. Have been.
[0013]
Hereinafter, the components of the photovoltaic device of the present invention will be described with reference to FIG.
[Adhesive body 202]
As the adhesive 202 provided in the metal wire fixing region 201 and fixing the metal wire 205 and the bus bar 207, an adhesive in which an adhesive 204 is arranged on both surfaces of a polymer film 203 is used. A so-called double-sided tape may be used. A plurality of polymer films and adhesives may be laminated. In this case, a plurality of types of polymer films or adhesives may be used.
Examples of the double-sided tape of the adhesive body 202 include polydimethylsiloxane (thickness 0.050 mm) as an adhesive, a polyimide film (thickness 0.025 mm) as a polymer film, and polydimethylsiloxane (thickness 0.2 mm) as an adhesive. 025 mm), a polyester film (0.075 mm in thickness), and a polydimethylsiloxane (0.050 mm in thickness) laminated in this order, a 7 mm wide double-sided tape (Toyo Ink Mfg., Double Face LEW411A).
[0014]
[Polymer film 203]
The polymer film 203 is used as a part of the adhesive 202 for disposing the metal wire 205 or the bus bar 207 on the photovoltaic element together with the adhesive 204, and is used when connecting the metal wire 205 or the bypass diode to the bus bar. It is desirable that the photovoltaic element has heat resistance in order to protect the photovoltaic element from heat of solder, burrs or bending of the bus bar, and the like. Further, by having the insulating property, a short circuit between the metal wire and the electrode on the substrate side can be prevented.
Examples of the constituent material of the polymer film include cellophane, rayon, acetate, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyether ketone, fluororesin, polysulfone, unsaturated polyester, epoxy, polyamide, polyimide, polyamideimide, and polyimide silicone resin.
Among these polymer film materials, polyimide and polyethylene terephthalate which are excellent in adhesiveness to an adhesive, low thermal expansion, and strength are particularly preferable.
The polymer film desirably has a melting point of at least 250 ° C.
[0015]
[Adhesive 204]
Examples of the adhesive 204 include acrylic, rubber, silicone, polyvinyl ether, epoxy, polyurethane, nylon, polyamide, inorganic, and composite adhesives. Among these adhesive materials, those having excellent adhesiveness, tackiness, holding power, electric resistance, moisture resistance and the like are preferably used. Among them, acrylic and silicone adhesives are particularly preferable because of their excellent durability, heat resistance and holding power. Above all, a silicon-based adhesive is a material having a low moisture absorption rate and excellent in water resistance. As a method of forming the adhesive, there is a method of applying and forming a uniform width using an applicator or the like. Processing such as drying, heating, pressing, and light irradiation may be performed according to the type of the adhesive material.
The moisture absorption of the pressure-sensitive adhesive is preferably 0.0% to 1.5%, more preferably 0.01 to 1.0% when held for 12 hours in an environment of 40 ° C. and 80% RH, and It is possible to prevent poor appearance that occurs during the resin coating step of the electromotive device.
[0016]
[Metal wire 205]
As the metal wire 205 used for the first current collecting electrode of the photovoltaic device of the present invention, a material having low electric resistance such as copper, silver, gold, platinum, aluminum, molybdenum, or tungsten is preferably used. Further, the metal wire 205 may be an alloy of these metals. Further, if desired, a thin surface metal layer may be formed on the surface of the metal wire for the purpose of preventing corrosion, preventing oxidation, improving adhesion with a conductive resin, improving electrical conduction, and the like. As the surface metal layer, a non-corrosive metal such as silver, palladium, an alloy of silver and palladium, gold or the like, or a metal having good corrosion resistance such as nickel or tin is preferable. As a method for forming the surface metal layer, a plating method and a cladding method are preferably used. Further, a conductive resin composition prepared by dispersing the metal as a filler in a resin may be coated. In this case, the coat thickness is determined as desired. For example, in the case of a metal wire having a circular cross section, a thickness of 1% to 10% of the diameter is preferable.
The cross-sectional shape of the metal wire 205 is preferably circular, but may be rectangular, and is appropriately selected as desired. The diameter when the metal wire is circular is designed and selected so that the sum of the electric resistance loss and the shadow loss is minimized. Specifically, for example, the diameter is preferably 25 μm to 1 mm. Used for More preferably, a photovoltaic device having an efficiency of 25 μm to 200 μm can be obtained. When the thickness is smaller than 25 μm, there is a problem that the wire is easily cut and the electric loss increases. Further, when the thickness is 200 μm or more, there is a problem that shadow loss becomes large, and unevenness on the surface of the photovoltaic element becomes large, so that a filler such as EVA must be thickened at the time of resin sealing such as lamination. .
Such a metal wire is formed by molding to a desired diameter by a known wire drawing machine. Although the metal wire that has passed through the wire drawing machine is hard, it may be annealed by a known method according to desired characteristics such as ease of elongation and bendability, and may be softened.
[0017]
[Conductive adhesive 206]
The photovoltaic device obtained by bonding the above-described metal wire 205 to the surface of the photovoltaic element and the bus bar 207 with the conductive adhesive 206 can efficiently collect the electromotive force and exhibit good characteristics. Become. As a bonding method, there is a method in which the entire metal wire 205 is coated with a conductive adhesive or partially applied and disposed, and bonded by heating and pressing (FIG. 2A). When the metal wire 205 is bonded to the bus bar 207, a conductive adhesive 206 may be applied in advance to the bus bar 207 and bonded by heating and pressing (FIG. 2B).
In the present invention, the conductive adhesive 206 for bonding the metal wire 205 is obtained by mixing conductive particles and a polymer resin. As the polymer resin, a resin which easily forms a coating film on a metal wire, has excellent workability, is flexible, and has excellent weather resistance is preferable. As such a resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like is preferable. Specific examples of the thermosetting resin include epoxy resin, urethane resin, phenol resin, polyvinyl formal, alkyd resin, and modified resins thereof. Among them, urethane resin is used as an insulating coating material for enameled wire, and is preferable because it is excellent in flexibility and productivity. Specific examples of the thermoplastic resin include polyamide imide resin, melamine resin, butyral, phenoxy resin, polyimide resin, fluororesin, acrylic, styrene, and polyester.
The conductive particles are pigments for imparting conductivity, and specific examples include graphite, carbon black, and In. ₂ O ₃ , TiO ₂ , SnO ₂ Preferable examples include metal oxides such as ITO, ITO, and ZnO, and oxide semiconductor materials to which an appropriate dopant is added. The particle size of the conductive particles needs to be smaller than the thickness of the coating layer to be formed. However, if the particle size is too small, the resistance at the contact point between the particles increases, so that a desired specific resistance cannot be obtained. Under such circumstances, it is desirable that the conductive particles have an average particle size in the range of 0.02 μm to 15 μm. The conductive particles and the polymer resin are mixed at a suitable ratio to obtain a desired specific resistance. When the amount of the conductive particles is increased, the specific resistance is decreased, but the ratio of the resin is decreased, so that the stability as a coating film is deteriorated. In addition, when the amount of the resin is increased, the contact between the conductive particles becomes poor and the resistance is increased. Therefore, a suitable ratio is appropriately selected depending on the polymer resin to be used, the conductive particles, and desired physical properties. Specifically, good specific resistance can be obtained by setting the conductive particles to about 5% to 95% by volume.
The conductive adhesive 206 has a resistivity that is negligible for collecting the current generated by the photovoltaic element, and does not cause shunting due to migration of metal ions from the metal wire. It is necessary to make the film thickness appropriate. Specifically, the specific resistance is preferably about 0.01 to 100 Ω · cm. When the resistance is less than 0.01 Ω · cm, the barrier function for preventing shunting decreases, and when the resistance is more than 100 Ω · cm, the electric resistance loss increases. When mixing the conductive particles and the polymer resin, a usual dispersing apparatus such as a three-roll mill, a paint shaker, and a bead mill can be used. A known dispersant may be added as required to improve the dispersion. Further, during or after dispersion, the conductive resin may be diluted with a suitable solvent for adjusting the viscosity of the conductive resin.
[0018]
[Bus bar 207]
The bus bar 207 is provided in the metal wire end fixing region 201. The following aspects are possible as the metal wire end fixing region 201.
(1) Substrate exposed part of photovoltaic element
(2) A portion where the transparent electrode provided on the outermost surface of the photovoltaic element has been removed
(3) On the transparent electrode provided on the outermost surface of the photovoltaic element, the transparent electrode is not connected to the semiconductor layer
The bus bar 207 used in the present invention is formed of a metal or an alloy having low electric resistance. Specific examples of such materials include metals such as copper, silver, gold, platinum, aluminum, tin, lead, nickel, and alloys of these metals. If necessary, a thin surface metal layer may be formed on the surface of the bus bar for the purpose of preventing corrosion, preventing oxidation, improving adhesion with a conductive resin, improving electrical conduction, and the like. Alternatively, a conductive paste may be applied to at least a part of the bus bar to electrically connect the metal wire to the bus bar. The shape can be a strip-shaped foil or a wire.
[0019]
Hereinafter, the photovoltaic element 102 shown in FIG. 1 will be described.
[Photovoltaic element 102]
The structure of the photovoltaic element 102 according to the present invention includes a first electrode on the substrate 101, a semiconductor layer provided on the first electrode and contributing to power generation, and a metal provided on the light incident surface side of the semiconductor layer. A configuration in which a second electrode made of a wire is provided is preferable. Further, if necessary, a transparent conductive layer may be provided between the light incident surface side of the semiconductor layer and the metal wire for the purpose of preventing reflection and reducing the surface resistance. The first electrode is provided on the back side of the semiconductor layer, and is formed by forming a metal layer by a method such as a screen printing method or a vapor deposition method. The kind of metal constituting the metal layer is appropriately selected from those capable of obtaining good ohmic properties with a semiconductor.
When the semiconductor layer is made of, for example, an amorphous silicon thin film, a support substrate is required, and an insulating or conductive substrate is used as the support substrate. In this case, the first electrode is deposited on the substrate.
As the first electrode, a metal substrate such as stainless steel or aluminum is preferably used, and a metal such as chromium, aluminum, or silver is deposited on an insulating substrate such as glass, a polymer resin, or ceramics. There may be. When the photovoltaic element is a crystalline silicon photovoltaic element, the first electrode may be formed by screen printing of a silver paste without providing the above-described substrate.
In the case of a substrate in which a metal layer is formed on an insulating substrate such as a resin, the first electrode on the surface of the substrate in the non-power generation region where the bus bar is placed is removed in order to further ensure insulation between the upper and lower electrodes. You may.
It is necessary that the semiconductor layer has a structure having a semiconductor junction such as a pn junction, a pin junction, and a Schottky junction, and such a semiconductor layer includes crystalline silicon, polycrystalline silicon, thin-film polycrystalline silicon, amorphous silicon, and the like. Group IV semiconductors, II and VI semiconductors such as CdS and CdTe, and III and V semiconductors such as GaAs are preferably used. Further, not only a single cell but also a tandem cell or a triple cell in which a plurality of pin junctions or pn junctions are stacked are preferably used. Specific examples of the tandem cell configuration include, for example, a configuration in which a pin top cell and a bottom cell having an a-Si i-layer are stacked, a pin top cell having an a-Si i-layer, and an a-SiGe i-layer. And a configuration in which bottom cells of the same pin are stacked. The top cell may have a pin structure having an a-Si i-layer, and the bottom cell may have a thin-film polycrystalline pn structure. As a specific example of the triple cell configuration, a top cell and a middle cell having a pin structure having an i-layer of a-Si, and a bottom cell having a pin structure having an i-layer of a-SiGe are stacked; i-layer of a-Si , A pin cell middle cell having an a-SiGe i-layer, and a pin structure bottom cell having an a-SiGe i-layer.
As the transparent conductive layer, ITO, SnO ₂ , In ₂ O ₃ A well-known material such as is preferably used.
The second electrode made of the metal wire of the present invention is arranged on the light incident surface side of the semiconductor layer, and is appropriately arranged so that the sum of the loss due to the electric resistance of current collection and the shadow loss is minimized. It is preferable to arrange them in parallel at an appropriate interval. For example, if the sheet resistance of the transparent electrode layer is about 100Ω / □, the interval between the metal wires is preferably about 5 mm. Further, when the wire having a small diameter is used, the pitch is narrowed, and when the wire having a large diameter is used, the pitch is widened. Thus, the optimum efficiency can be obtained.
[0020]
[Manufacture of photovoltaic devices]
A photovoltaic device is formed by bonding the above-described metal wire onto the bus bar and the semiconductor layer or the transparent conductive film of the photovoltaic element with a conductive adhesive. The method is preferably a method of bonding with heat or pressure or heat and pressure. The heating temperature is preferably equal to or higher than the temperature at which the conductive adhesive softens and adheres to the surface of the bus bar and / or the photovoltaic element. Further, the pressure is preferably a pressure at which the conductive adhesive is appropriately deformed, and should be lower than a pressure that does not destroy the photovoltaic element. Specifically, for example, in a thin-film photovoltaic device such as amorphous silicon, 0.1 kg / cm ² From 1.0kg / cm ² Is preferred.
As the bonding method, it is desirable to apply and coat a conductive adhesive in advance on the end or the whole of the metal wire. When the conductive adhesive is applied over the entire length of the metal wire, the connection between the metal wire and the bus bar and the connection between the metal wire and the surface of the photovoltaic element can be performed at the same time, greatly reducing the working time. be able to. The conductive adhesive may be applied to the bus bar, or may be applied to both the metal wire and the bus bar.
In order to bond the metal wire to the surface of the photovoltaic element, a conductive adhesive may be formed in a linear or desired shape by screen printing or the like, and the wires may be arranged and bonded.
If the conductive adhesive is thermoplastic, it will soften by heating, but if it is a thermosetting resin, it will not undergo a curing reaction when it is applied to wires and / or busbars or printed on photovoltaic elements. Alternatively, only the solvent may be dried and cured by heating at the time of bonding.
[0021]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0022]
Embodiment 1
A solar cell module using the photovoltaic device having the electrode structure shown in FIG. 4 was manufactured as follows.
[Preparation of current collecting electrode]
As a metal wire 403 serving as a collecting electrode, a coated metal wire having a cross-sectional structure constituted by a core made of a metal wire 205 and a coating layer (cladding) made of a conductive adhesive 206 shown in FIG. It was produced as described above.
(1) As a metal wire (core) constituting a collecting electrode, a silver-clad copper wire having a diameter of 100 μm and the surface of a copper wire covered with a silver-clad layer having a thickness of 2 μm was prepared.
(2) A carbon paste for forming a conductive adhesive as the coating layer was prepared as follows. First, a mixed solvent of 2.5 g of ethyl acetate and 2.5 g of IPA as a solvent was added to a shaker bottle for dispersion, and sufficiently stirred by a ball mill. Next, 1.1 g of blocked isocyanate and 10 g of glass beads for dispersion were added as curing agents. Next, 2.5 g of carbon black having an average primary particle size of 0.05 μm was added as conductive particles. The material in the shaker bottle thus prepared was dispersed and uniformized by a paint shake manufactured by Toyo Seiki Seisakusho for 10 hours. Thereafter, the glass beads for dispersion were removed from the conductive adhesive thus obtained.
A part of the obtained conductive adhesive was sampled and its average particle diameter was measured to be about 1 μm. The adhesive was cured by heating at 160 ° C. for 30 minutes, which is the standard curing condition of the curing agent, and its volume resistivity was measured. As a result, it was confirmed that the adhesive had a sufficiently low resistance of 10 Ω · cm.
(3) The above-mentioned silver-clad copper wire was coated with the conductive adhesive as a coating layer using a wire coating machine having a coating die of 150 μm to 200 μm (not shown), and then dried to form a coating. The coating speed was 40 m / min, the residence time was 2 sec, the temperature of the drying furnace was 120 ° C., and the metal wire was coated five times under the same conditions. The conductive adhesive applied to the wire exists in an uncured state by evaporating the solvent.
As described above, a metal wire 403 as a current collecting electrode was obtained.
[0023]
[Production of photovoltaic element]
(4) As the photovoltaic element 402, a triple cell type photovoltaic element manufactured as follows was prepared.
That is, a 125 μm thick SUS430BA substrate 125 μm as the support substrate 401 is degreased and washed, and then a 500 μm thick Ag film and a 500 μm thick ZnO film are formed as lower electrodes on the substrate using a DC sputtering device (not shown). did. Then, using an RF plasma CVD film forming apparatus (not shown), a bottom cell composed of an n-type a-Si layer having a thickness of 400 / an i-type a-SiGe layer having a thickness of 1000 / a p-type μC-Si layer having a thickness of 100 Middle cell consisting of 400-nm thick n-type a-Si layer / 900-thick i-type a-SiGe layer / 100-thick p-type μC-Si layer, 100-thick n-type a-Si layer / 1000-thickness Of i-type a-Si layer / p-type μC-Si layer having a thickness of 100 ° were formed in this order. Here, the n-type a-Si layer of each cell is SiH ₄ And PH ₃ And H ₂ And the p-type μC-Si layer of each cell is made of SiH ₄ And BF ₃ And H ₂ Of mixed gas. The i-type a-SiGe layers of the bottom cell and the middle cell are made of SiH. ₄ And GeH ₄ And H ₂ And the top cell i-type a-Si layer is made of SiH ₄ And H ₂ Of mixed gas. Next, an ITO transparent electrode layer 700 # was formed as a transparent electrode on the p-type layer of the top cell using a resistance heating type vapor deposition device (not shown). Thus, a photovoltaic element 402 was obtained.
[0024]
[Production of photovoltaic device]
(5) The size of the photovoltaic element 402 obtained in the above (4) was 30 cm × 30 cm. Element effective area is 900cm ² Using a commercially available printing machine and an etching paste containing ferric chloride as a main component, a part of the transparent conductive film is removed to form a transparent conductive layer removed region 407, and the transparent conductive layer 406b in the power generation region and The transparent conductive layer 406a in the non-power generation region was formed.
(6) An adhesive 405 composed of a laminate of 50 μm of silicone adhesive / 25 μm of polyimide / 25 μm of silicone adhesive / 75 μm of polyethylene terephthalate / 50 μm of silicone adhesive is adhered on the transparent electrode layer 406 a formed in (5). The metal wires 403 obtained in the above (3) were arranged at intervals of 5.5 mm, arranged, and fixed on the laminate.
(7) A copper foil having a width of 7 mm, in which hard copper was coated with silver clad as a bus bar 404, was disposed on the metal wire 403 and the adhesive 405.
(8) The bus bar 403 was heated and pressed to adhere to the cell surface of the photovoltaic element 402. Conditions are 200 ° C, 1min, pressure 1kg / cm ² I went in.
(9) In order to bond the metal wire 403 to the bus bar 404, it was heat-pressed. Heating conditions: 200 ° C, 15 sec, pressure: 5 kg / cm ² I went in. FIG. 2A shows a cross section in which the metal wire is bonded to the bus bar.
Thus, a photovoltaic device having the configuration shown in FIG. 4 was obtained.
By repeating the above photovoltaic device manufacturing method, a total of 12 photovoltaic devices were manufactured. Of the obtained 12 photovoltaic devices, 10 were kept under (i) 25 ° C., 50% RH environment for 12 hours, and one was (ii) under 35 ° C., 90% RH environment for 12 hours. Held. The remaining one was set aside for a solder resistance test described below.
[0025]
[Lamination]
(10) Resin sealing was performed on the photovoltaic device obtained above and held under the above conditions (i) and (ii) as follows. That is, a crane glass and an EVA were laminated above and below the photovoltaic device, and a fluororesin film ETFE was further laminated above and below the photovoltaic device. Thus, 11 solar cell modules were obtained.
[0026]
[Evaluation]
The photovoltaic device stored in the above (9) was evaluated by performing a solder resistance test described below. The evaluation results are shown in Table 1. Further, the eleven solar cell modules obtained in the above item 12 were evaluated as described below. The evaluation results are shown in Table 1.
(Solder resistance test of photovoltaic devices)
A tip having a temperature of (1) 280 ° C. and (2) a temperature of 320 ° C. was pressed for 1 minute on the bus bar of the photovoltaic device. Thereafter, the bus bar was peeled off from the adhesive, and the surface state of the polymer film was visually observed. Table 1 shows the observation results based on the following criteria.
：: When no melting of the adhesive was observed even at 320 ° C.
Δ: At 320 ° C., the surface of the film in the adhesive was melted, but at 280 ° C., no melting was observed, and
×: At 280 ° C., the surface of the film in the adhesive was melted.
(Evaluation of module sample characteristics)
I. Using the photovoltaic device kept for 12 hours under the environment (i) and the environment (ii), the initial appearance of each of the obtained solar cell modules was visually observed. Table 1 shows the observation results based on the following criteria.
：: When resin filling defects such as air bubbles are not observed, and
Δ: Insufficient filling has occurred to the extent that there is no problem in actual use.
B. The voltage-current characteristics in the dark state of the solar cell module obtained using the photovoltaic device held under the environment (i) are measured, and the shunt resistance from the slope near the origin of the voltage-current characteristic curve is measured. Was calculated. The obtained results are shown in Table 1 based on the following criteria.
○: 200 kΩ · cm ² In the above case,
Δ: 50 kΩ · cm ² 200kΩcm ² Less than, and
×: 50 kΩ · cm ² If less than.
C. 100 mW / cm in the global solar spectrum of AM1.5 for 10 solar cell modules obtained using the photovoltaic device held for 12 hours in the environment of the above (i). ² The current-voltage characteristics were measured using a simulated sunlight light source (hereinafter, referred to as a simulator) having the light amount of, the conversion efficiency was obtained, and the average of the conversion efficiencies of the ten solar cell modules was calculated. The obtained results are shown in Table 1 based on the following criteria. Note that the conversion efficiency of this embodiment was set to 1.0.
：: when the relative value is 0.9 or more, and
Δ: when the relative value is 0.8 or more and less than 0.9.
D. The solar cell module used in the above item c was subjected to a temperature-humidity cycle test based on a temperature-humidity cycle test A-2 defined in a crystalline solar cell module environmental test method and a durability test method of Japanese Industrial Standard C8917. That is, the sample was put into a thermo-hygrostat capable of controlling the temperature and humidity, and a cycle test in which the temperature was changed from −40 ° C. for 1 hour to 85 ° C. (relative humidity 85% RH) for 22 hours was repeated 20 times. Next, the conversion efficiency of the sample after the test was measured using a simulator in the same manner as in the above item c. Using the conversion efficiency obtained in (c) as the initial conversion efficiency, the conversion efficiency after the temperature-humidity cycle test is compared to determine the rate of change, and the obtained results are shown in Table 1 based on the following criteria.
：: When the average conversion efficiency is less than 2% of the initial conversion efficiency, and
X: When the conversion efficiency is reduced by 2% or more on average with respect to the initial conversion efficiency.
[0027]
Embodiment 2
Twelve photovoltaic devices were produced in the same manner as in Example 1, and ten of them were (i) kept at 25 ° C. and 50% RH for 12 hours, and one was (ii) at 35 ° C. and 90% RH. It was kept in an environment for 12 hours, and the remaining one was used for a solder resistance test. (I), (ii) Using 11 photovoltaic devices held in an environment, a laminate of 50 μm acrylic adhesive / 25 μm polyimide / 25 μm acrylic adhesive / 75 μm polyethylene terephthalate / 50 μm acrylic adhesive on an adhesive body 11 solar cell modules were produced in the same manner as in Example 1 except that the adhesive body was made of
The obtained photovoltaic device and solar cell module were evaluated as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0028]
Embodiment 3
Twelve photovoltaic devices were produced in the same manner as in Example 1, and ten of them were (i) kept at 25 ° C. and 50% RH for 12 hours, and one was (ii) kept at 35 ° C. and 90% It was kept under RH environment for 12 hours. The remaining one was used for a solder resistance test. (I), (ii) Eleven solar cell modules in the same manner as in Example 1 except that eleven photovoltaic devices held in an environment were used and copper having no silver plating on a bus bar was used. Was prepared.
The obtained photovoltaic device and solar cell module were evaluated as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0029]
Embodiment 4
Twelve photovoltaic devices were produced in the same manner as in Example 1, and ten of them were (i) kept at 25 ° C. and 50% RH for 12 hours, and one was (ii) at 35 ° C. and 90% RH. It was kept in the environment for 12 hours. The remaining one was used for a solder resistance test. (I), (ii) Performed except that the adhesive was an adhesive composed of a laminate of 50 μm of acrylic adhesive / 150 μm of polyethylene terephthalate / 50 μm of acrylic adhesive using 11 photovoltaic devices held in an environment. In the same manner as in Example 1, 11 solar cell modules were manufactured.
The obtained photovoltaic device and solar cell module were evaluated as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0030]
Embodiment 5
Twelve photovoltaic devices were produced in the same manner as in Example 1, and ten of them were (i) kept at 25 ° C. and 50% RH for 12 hours, and one was (ii) at 35 ° C. and 90% RH. It was kept in the environment for 12 hours. The remaining one was used for a solder resistance test. (I), (ii) Example except that the photovoltaic device held under the environment was used and the adhesive was made of a laminate of silicone adhesive 50 μm / polyimide 50 μm / silicone adhesive 50 μm. In the same manner as in Example 1, 11 solar cell modules were produced.
The obtained photovoltaic device and solar cell module were evaluated as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0031]
[Comparative Example 1]
Twelve photovoltaic devices were produced in the same manner as in Example 1, and ten of them were (i) kept at 25 ° C. and 50% RH for 12 hours, and one was (ii) at 35 ° C. and 90% RH. It was kept in the environment for 12 hours. The remaining one was used for a solder resistance test. (I), (ii) 11 solar cell modules in the same manner as in Example 1 except that 11 photovoltaic devices held in an environment were used and an adhesive having no polymer film layer was used. Was prepared.
The obtained photovoltaic device and solar cell module were evaluated as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0032]
[Comparative Example 2]
Twelve photovoltaic devices were produced in the same manner as in Example 1, and ten of them were (i) kept at 25 ° C. and 50% RH for 12 hours, and one was (ii) at 35 ° C. and 90% RH. It was kept in the environment for 12 hours. The remaining one was used for a solder resistance test. (I), (ii) Example 1 was repeated except that 11 photovoltaic devices held in an environment were used, nylon was used as a polymer layer, and an adhesive using an acrylic adhesive was used as an adhesive. Similarly, eleven solar cell modules were produced.
The obtained photovoltaic device and solar cell module were evaluated as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0033]
[Comparative Example 3]
Twelve photovoltaic devices were produced in the same manner as in Example 1, and ten of them were (i) kept at 25 ° C. and 50% RH for 12 hours, and one was (ii) kept at 35 ° C. and 90% It was kept under RH environment for 12 hours. The remaining one was used for a solder resistance test. (I), (ii) Example 1 was repeated except that 11 photovoltaic devices held in an environment were used, nylon was used as a polymer layer, and an adhesive using a silicone adhesive was used as an adhesive. Similarly, eleven solar cell modules were produced.
The obtained photovoltaic device and solar cell module were evaluated as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
[0034]
The following is understood based on the results shown in Table 1.
In the embodiment of the present invention using an adhesive using a heat-resistant polymer film, the solder resistance is high, and the photovoltaic element is not damaged by the heat of the solder. In addition, since an arbitrary interval can be maintained between the bus bar and the photovoltaic element, the photovoltaic element can be protected from burrs or breakage of the metal used for the bus bar. On the other hand, in Comparative Example 1 in which the polymer film was not used, in the soldering resistance test, the photovoltaic device was damaged and a short circuit was caused. A trend was seen. In Comparative Examples 2 and 3, in which nylon having low heat resistance was used as the polymer film, the photovoltaic device was similarly damaged in a soldering resistance test, causing a short circuit. There was also a tendency for the conversion efficiency to decrease.
[0035]
[Table 1]

[0036]
【The invention's effect】
According to the configuration of the present invention described above, the following effects can be obtained.
(1) Since the adhesive body is composed of at least one kind of adhesive and at least one kind of polymer film layer, heat of 300 ° C. to 400 ° C. is locally applied when a metal wire is connected to a bus bar by soldering. Even so, the photovoltaic element can be protected from heat, and the yield is improved. In addition, the polymer film layer can maintain an arbitrary distance between the bus bar and the photovoltaic element, and can prevent short-circuiting of the photovoltaic element due to burrs or bending of the metal used for the bus bar.
(2) At least a portion of the metal wire is adhered to the surface of the photovoltaic element by a conductive adhesive, so that the current collecting property of the metal wire is increased, and further, the shadow loss is reduced by using the metal wire. A highly reliable electrode structure for an electromotive force device can be achieved.
(3) By making the structure in which the bus bar is at least partially covered with the conductive paste, the connection between the bus bar and the metal wire is ensured, and the contact resistance with the connection surface can be reduced.
(4) By coating the metal wire with the conductive paste, migration of metal ions from the metal wire onto the photovoltaic element can be prevented, and shunts caused by metal migration can be prevented. Reliability can be improved.
(5) Appearance that occurs during the resin coating step of the photovoltaic element by using an adhesive having a moisture absorption of 1.5% or less after holding for 12 hours in an environment of 40 ° C. and 80% RH as an adhesive. Failure can be prevented.
(6) By using an adhesive having excellent electrical insulation as an adhesive, electricity generated efficiently can be collected on the bus bar, and a photovoltaic device having excellent electrical characteristics can be obtained.
(7) a step of disposing an adhesive composed of an adhesive and a polymer film layer on the photovoltaic element, a step of disposing a metal wire on the adhesive and on the photovoltaic element, A method of manufacturing a photovoltaic device, comprising: arranging a bus bar on the current collecting electrode; and bonding the current collecting electrode and the bus bar with a conductive adhesive by heat or / and pressure. In addition, the formation of the metal wires and the connection of the bus bars are simultaneously performed while performing both the fixing of the metal wires and the fixing of the bus bars, thereby reducing the number of steps and simplifying the manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a photovoltaic device having an electrode structure according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a connection portion between a current collecting electrode and a bus bar according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a connection between a current collecting electrode and a photovoltaic element according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a photovoltaic device using the electrode structure of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a solar cell module using the photovoltaic device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a power supply device using the solar cell module of the present invention.
FIG. 7 is a view showing an example of a roof material comprising the solar cell module of the present invention.
[Explanation of symbols]
100,501,700 Photovoltaic device
101,401 support
102, 201, 301, 402 Photovoltaic element
103,205,302,403 Metal wire
104, 207, 404 bus bar
105,202,405 adhesive
203 polymer film
204 adhesive
206, 303 conductive adhesive
300 collecting electrode
406a, 406b transparent conductive layer
502 Reinforcement plate
503 resin
504 Surface protective layer
505 insulation film
601 Solar cell module
602 detector
603 controller
604 inverter
605 load circuit
701 Building side locking part
702 eaves side lock
703,706 Locking part
704 fixing part
705 field board
707 cap

Claims

In a photovoltaic device including a photovoltaic element having a metal wire and a bus bar on a light receiving surface side, the photovoltaic element includes a substrate having a conductive surface, and a semiconductor layer provided on the conductive surface of the substrate. And a transparent conductive layer provided on the semiconductor layer, the metal wire is disposed on the transparent conductive layer, and the photovoltaic element removes a part of an end of the transparent conductive layer. An end of the metal wire having a power generation region that is a base of the photovoltaic element and a non-power generation region for fixing an end of the metal wire separated by a cutout portion of the formed transparent conductive layer. In the non-power generation region where the portion is located, an adhesive is provided and the bus bar is provided on the adhesive, and an end of the metal wire is sandwiched between the bus bar and the adhesive, and the bus bar is provided between the bus bar and the adhesive. And electricity Are connected to, said adhesive body photovoltaic device characterized by comprising a pressure-sensitive adhesive material provided on both sides of the polymer film and the polymer film.

The photovoltaic device of claim 1 wherein the electrical connection between the metal wire and the bus bar is Rinasa is by the conductive adhesive.

The photovoltaic device according to claim 1 , wherein a conductive adhesive is applied to at least a part of the bus bar.

The photovoltaic device according to claim 1, wherein at least a portion of the metal wire is fixed to the surface of the photovoltaic element with a conductive adhesive.

The photovoltaic device of Claim 1 wherein the non-power generation region is exposed portion of the substrate for fixing the ends of the metal wires.

The photovoltaic device according the to claim 1 the non-power generation area is exposed portion of the semiconductor layer for fixing the ends of the metal wires.

2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the adhesive has a laminated structure of adhesive / polymer film / adhesive / polymer film / adhesive. 3.

The adhesive material is, 40 ° C., moisture absorption in the retention of 80% RH environment for 12 hours under the photovoltaic device according to claim 1 or 7 is of 1.5% or less than 0.0% .

The adhesive material is an acrylic, rubber-based, silicone-based, polyvinyl ether, epoxy, polyurethane, nylon, polyamide, according to claim 1 or 7 inorganic, or at least one selected from the composite adhesive A photovoltaic device according to claim 1.

The polymer film photovoltaic device according to claim 1 or 7 is a polymer resin film at least a melting point of 250 ° C. or higher.

The polymer film is formed of at least one selected from cellophane, rayon, acetate, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyetherketone, fluororesin, polysulfone, unsaturated polyester, epoxy, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyimide silicone resin. the photovoltaic device according to claim 1 or 7 as hereinbefore.

The photovoltaic device according to claim 1 , wherein the semiconductor of the photovoltaic element comprises a non-single-crystal semiconductor.

The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 1, wherein the manufacturing method includes a substrate having a conductive surface, a semiconductor layer provided on the conductive surface of the substrate, and a semiconductor layer provided on the semiconductor layer. Photovoltaic having a transparent conductive layer provided and having a power generation region and a non-power generation region separated by a notch in the transparent conductive layer formed by removing a part of an end of the transparent conductive layer. A step of preparing an element, a step of arranging an adhesive body comprising an adhesive and a polymer film layer in the non-power generation area, and positioning a metal wire on the power generation area and an end of the adhesive in the non-power generation area. placing so as to be located above the conductive placing manner to position the bus bars on the adhesive body and on on the metal wires of the non-power generation region, and thermal and / or the bus bar and the metal wire by a pressure sex It characterized by having a step of bonding by wear agent.

The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 13 , further comprising a step of coating the metal wire with a conductive adhesive in advance.

The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 13 , further comprising a step of bonding the metal wire to the surface of the photovoltaic element.

The method for manufacturing a photovoltaic device according to claim 15 , wherein the step of bonding the metal wire to the surface of the photovoltaic element and the step of bonding the metal wire to the bus bar are performed simultaneously.

A solar cell module, wherein the photovoltaic device according to claim 1 is resin-encapsulated on a reinforcing plate and covered with a protective film.

A building material, wherein the photovoltaic device according to claim 1 is resin-sealed on a reinforcing plate, covered with a protective film, and a part of the reinforcing plate is bent.

A photovoltaic device according to claim 1, wherein the photovoltaic device is resin-encapsulated on a reinforcing plate and covered with a protective film, and a power control device that controls power of the photovoltaic module is provided. Power generator.