JP3755551B2 - Method for removing short circuit part of solar cell and apparatus for removing short circuit part - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池特に非晶質太陽電池の短絡部除去方法及び短絡部除去装置に関するものであり、さらに詳しくは、発電層を挟持する基板側電極と裏面側電極との電極間に短絡部が発生した場合に、耐電圧以下の逆方向電圧を印加して、その際に発生したジュール熱により短絡部を除去あるいは酸化して絶縁する方法及びその装置に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
非晶質太陽電池は通常、ガラス基板上に透明電極、半導体層及び金属電極が順次積層形成されるとともにパターニングされて、複数の太陽電池セルが集積された構造とされている。非晶質太陽電池を構成する透明電極、半導体層及び金属電極はいずれも薄膜であり、特に半導体層の膜厚はnm単位であるため、何らかの原因で半導体層にピンホールや窪みなどが生ずることがある。このように、半導体層にピンホールや窪みなどが生ずると、その箇所において透明電極と金属電極との間が導通して両電極間が短絡し、太陽電池の出力が大幅に低下してしまう。そこで、従来より、非晶質太陽電池の基板側の電極と裏面側の電極との短絡による欠陥をなくす方法として、種々の方法が採られている。
【0003】
その一つは、図1に示すように、基板1側の電極2bと同電位の電極3cと、裏面側の電極3bとの間にプローブ4,4を接触させ、その間に介在するpin接合などの起電力半導体層5bに対して、逆方向にバイアス電圧を印加する方法である(特開昭63−41081号、特開昭63−307782号、特開平3−23677号)。こうすることにより、短絡部(以下ピンホールと呼ぶ)に電流が集中し、その結果、ジュール熱が発生して短絡部の金属が酸化して絶縁層となるか、あるいはその際の熱によって、その部分の金属が飛散してしまうことにより、ピンホール部の欠陥を消滅させることができるのである。
【0004】
しかしながら、この方法はコスト的に安価で且つ簡便であるが、ジュール熱によってピンホール部を酸化あるいは飛散させることにより、短絡箇所が絶縁した状態になるものの、電圧の印加時間、印加電圧値などの条件により、飛散した箇所の残りの部分において、飛散の状況が必ずしも絶縁状況を作り出すものではなかった。たとえば挟持された半導体層5bである発電層が飛散させられる一方、裏面金属3b部分が残ってしまい、その結果、裏面金属3bが基板1側の電極2bと接してしまい、依然短絡状態のままになるということがよく見られた。更に、そのピンホール部をジュール熱により酸化または飛散させるために電圧を印加していく過程で、耐電圧以上の電圧を印加してしまい、太陽電池の素子を破壊してしまうことがあった。また、集積部において、その端面部分で本来発電層である非晶質半導体層5bを挟んでいるため、透明電極2bと裏面電極3bとは絶縁であるにもかかわらず、放電を起こし、その際の熱により集積部分が飛散することがある。この際、飛散が発電層にのみ偏り、透明電極2bと裏面電極3bでの短絡が一層大きくなるという欠点も見られた。
【0005】
2つ目の短絡部除去方法は、微小な短絡部をセル上部から見つけだし、レーザービームを用いてその部分にレーザーを照射することにより、ピンホール部を加熱し、飛散させる方法である。この方法においては、ピンホール部を除去するために用いるレーザー発生装置が高価であることに加え、ピンホールの部位を検出するための装置が高価であるため、太陽電池のコストアップにつながってしまうという問題があった。
【0006】
3つ目の短絡部除去方法は、レジストを用いてピンホール部を予め埋めてしまうという方法である。この方法は非晶質層を蒸着した後、レジストを塗布し、その後ピンホ─ル部分にのみ光が通過することを利用してレジストを硬化させ、そのピンホ─ル部分にのみ絶縁層を作り出すのである。その後、塗布されたレジスト膜の未反応部分をリムーバーで除去し、洗浄乾燥を経た後、裏面金属層を蒸着して、短絡部のない太陽電池を製造するのである。
【0007】
このレジストを用いる方法は、裏面金属層を蒸着する前に、レジストの現像工程やリムーブ工程などの所謂ウエット工程があるため、発電層である半導体層と裏面金属層との間に、良好なオーミック接合を作り難いという欠点があった。しかも、工程数が多くなるため、太陽電池のコストアップにつながってしまうという問題もあった。
【0008】
本発明者らは短絡部除去方法としてコスト的にも安価であり、簡便に処理が可能な上記1番目の方法、すなわち太陽電池を構成する電極間に逆方向のバイアス電圧を印加する方法を採用し、その方法を改良することとした。この方法は、先に述べたように、バイアス電圧の印加時間や印加する電圧の値によりピンホール部をジュール熱により完全に酸化させ、あるいは飛散させ、導通部をなくし絶縁状態を作り出すという方法である。しかしながら、この方法は、前述したように、逆バイアス電圧の印加時間や印加する電圧の値により、短絡部がジュール熱で完全に酸化あるいは飛散させられることなく、逆に短絡箇所を拡大してしまう恐れがあった。
【0009】
そこで、本発明者らはこれら問題点を解決するために鋭意研究し検討した結果、本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法及びその装置を発明するに至った。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法の要旨とするところは、絶縁基板上に第1の電極層、半導体層、第2の電極層が順次形成された1又は複数の太陽電池セルから成る太陽電池の短絡部除去方法において、少なくとも該太陽電池セルを冷却しつつ、かつ、結露しない雰囲気下で、該複数の太陽電池セルの隣接する正負の両極に対し逆方向に耐電圧以下の電圧を印加することにある。前記太陽電池セルを15℃以下に冷却する。
【0011】
また、かかる太陽電池の短絡部除去方法において、前記結露しない雰囲気を、少なくとも該太陽電池セルを乾燥気体又は除湿気体に曝すことで得ることにある。
【0012】
次に、本発明に係る太陽電池の短絡部除去装置の要旨とするところは、絶縁基板上に第1の電極層、半導体層、第2の電極層が順次形成された1又は複数の太陽電池セルから成る太陽電池における該太陽電池セルの隣接する正負の両極に対し、逆方向に耐電圧以下の電圧を印加し、短絡部を除去する太陽電池の短絡部除去装置において、該太陽電池セルの温度を所定の温度に保持する温度制御手段を有することにある。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法及び装置は、逆バイアス電圧印加処理を行う際に、太陽電池特に少なくとも短絡部を除去しようとする太陽電池セルの温度を低温化させ、抵抗温度係数に低温化した温度分を乗じた割合で電極部分の金属の抵抗を下げ、電流量の増加を可能にした。これにより、耐電圧以下の電圧でより多くの電流を流すことが可能となると同時に、金属の脆性が高まって飛散する際に発電層だけでなく金属部分も同時に飛散することになると考えられ、裏面電極の金属のダレによる短絡などがなくなる。
【0014】
また、本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法及び装置において、太陽電池セルを低温化することから、その太陽電池の表面に結露が生じやすくなる。結露が生じると、それにより新たに電流の通路ができることがあり、その結果、本来ピンホール部分を通る電流量が小さくなってしまう可能性があり、この場合、ピンホール部を飛散あるいは絶縁化することができなくなる。このため、太陽電池を低温化させる際に、太陽電池少なくとも短絡部を除去しようとする太陽電池セルの表面に、乾燥気体あるいは除湿気体などの冷却温度において飽和蒸気にならない程度に除湿・脱湿・乾燥させた気体を吹き付け、あるいは太陽電池を含む全体の雰囲気をかかる気体にすることにより、太陽電池セルの表面に結露が生じないようにすることができる。
【0015】
次に、本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法及び短絡部除去装置の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
【0016】
まず本発明が適用される太陽電池は、たとえば図1に示すように、絶縁基板1上に複数の太陽電池セル6a,6b……が集積された太陽電池10を挙げることができる。太陽電池10は、絶縁基板1上に所定のパターンで複数の第1の電極層2a,2b……と半導体層5a,5b……及び第2の電極層3a,3b……が順次形成されて成る複数の太陽電池セル6a,6b……が集積化されたものである。
【0017】
この太陽電池10において、絶縁基板1としてガラス基板や透明樹脂基板などの透光性の基板を用いた場合、通常、第1の電極層2a,2b……として透明電極、第2の電極層3a,3b……として金属電極が形成され、また、絶縁基板1として金属板などの透光性を有しない基板を用いた場合、第1の電極層2a,2b……として金属電極、第2の電極層3a,3b……として透明電極が形成される。これら透明電極や金属電極は常法により1層又は2層以上から形成され、いずれも公知の材質が用いられ、特に限定されない。
【0018】
また、半導体層5a,5b……についても特に限定されるものではなく、たとえば非晶質シリコン系半導体層の場合、非晶質シリコン、水素化非晶質シリコン、水素化非晶質シリコンカーバイド、非晶質シリコンナイトライドなどの他、シリコンと炭素、ゲルマニウム、スズなどの他の元素との合金から成る非晶質シリコンなどが用いられ、さらにこれら非晶質又は微結晶をpin型、nip型、ni型、pn型、MIS型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキーバリアー型あるいはこれらを組み合わせた型などに構成した半導体層が用いられる。更にその他、半導体層18はシリコン系に限られず、CdS系、GaAs系、InP系などであっても良く、なんら限定されない。
【0019】
太陽電池10が形成された後、図2に示すように、絶縁基板1の両端部には太陽電池10の正負の電極部に取出し電極12,14が半田16により取り付けられる。取出し電極12,14は半田メッキされた銅箔などが用いられ、この取出し電極12,14の半田付けは、たとえば太陽電池10の正負の電極部に予備半田付けした半田を超音波半田付け法などにより溶融させて行われるが、その他の方法でも良く、特に限定されない。取出し電極12,14を取り付けた後、封止樹脂により封止してモジュール化する前に、太陽電池セル6a,6b……に生じたピンホールなどによる短絡部の除去が行われる。
【0020】
太陽電池の短絡部の除去は次のようにして行われる。すなわち、図3に示すように、太陽電池の短絡部除去装置18は太陽電池10が載置される冷却用ステージ20と、その冷却用ステージ20を冷却するための冷媒を供給する冷凍機22と、太陽電池10の短絡部を除去するためのプローブ4,4を備えたX(水平1軸方向)−Z(垂直方向)ロボット24と、図示しない乾燥ガス製造供給装置によって製造され供給されてきた乾燥ガスを導入するための1又は複数の孔を備えた乾燥ガス導入管26と、これら太陽電池10、冷却ステージ20、X−Zロボット24、及び乾燥ガス導入管26を収納するチャンバー28とから構成されている。
【0021】
冷却用ステージ20の内部には冷凍機22によって低温にされた水や有機溶媒などの冷媒、あるいは窒素や空気などのガスが液化された冷媒などが導かれるとともに熱交換するためのパイプ30が配設されていて、冷却用ステージ20が迅速且つ均一に冷却される。また、冷却用ステージ20には温度センサが配設されていて、その温度センサにより冷凍機22の駆動が制御され、冷却用ステージ20は設定されたほぼ一定の温度に保持し得るように構成されるのが好ましい。そして、冷却用ステージ20の上に太陽電池10が配設されることにより、太陽電池10は熱伝導により冷却される。冷却温度は15℃以下、好ましくは5℃以下、より好ましくは0℃以下にするのが、金属電極を飛散させ易くするために好ましい。
【0022】
一方、冷却された太陽電池10の表面にはその雰囲気に含まれる水分が結露させられて付着することになるため、結露を防ぐために図示しない乾燥ガス製造供給装置によって製造され供給されてきた乾燥ガスが導入管26を介して供給されてきて、太陽電池10の表面が覆われる。乾燥ガスは冷却された太陽電池10の表面と接触してその温度にまで冷却されたとき、飽和蒸気にならない程度に乾燥あるいは除湿・脱湿させられているのが好ましい。したがって、乾燥などの程度は冷却される温度に対応して設定されるのが、コストの面などから好ましい。また、ガスとしては空気、窒素、酸素などを使用することができ、特に限定されるものではない。短絡部をジュール熱によって飛散させるだけでなく、酸化させて絶縁化させることもでき、特に、酸化を目的とする場合には、酸素と窒素の混合割合を適宜設定して酸化を促進させるのが好ましい。尚、この混合割合は、太陽電池の面積や逆方向に印加する電圧値や電流量に依存するため、適宜決定するのが好ましい。この乾燥ガスは連続的に供給されて、太陽電池10の表面に吹き付けられるようにしても良いが、チャンバー28内を乾燥ガスでほぼ置換した後、乾燥ガスの供給を停止するようにしても良い。
【0023】
次に、冷却用ステージ20の上に配設された太陽電池10の個々の太陽電池セル6a,6b……の第2の電極層3a,3b……に接触させられるプローブ4,4は、X−Zロボット24によって駆動させられる。X−Zロボット24はプローブ4,4の取り付けられるアーム32が水平1軸方向(横方向)と垂直方向(上下方向)に稼動させられるように構成されており、まず、太陽電池セル6a,6b……の第2の電極層3a,3b……に接触させられたプローブ4,4は上下方向に引き離された後、水平方向に隣接する太陽電池セルの第2の電極層の上に移動され、次いでプローブ4,4が第2の電極層に接触させられるように接近させられる。
【0024】
以上の構成において、製造された太陽電池10は複数の太陽電池セル6a,6b……が直列に集積されていて、任意の太陽電池セル6bの第1の電極層(以下、透明電極という)2bは隣接する太陽電池セル6cの第2の電極層(以下、金属電極という)3cと、半導体層5bと半導体層5cとを分離するスクライブ線18によって電気的に接続されている。したがって、任意の太陽電池セル6bの透明電極2bはその太陽電池セル6bに隣接する太陽電池セル6cの金属電極3cと同電位であり、短絡部を除去するためのプローブ4,4の接続は隣接する2つの太陽電池セル6b,6cの金属電極3bと3cに対して行われる。このため、まず、太陽電池10は短絡部除去装置18の冷却用ステージ20の所定の位置に配設され、吸着あるいはクランプなどによって固定された後、X−Zロボット24を駆動させて、複数の太陽電池セル6のうち端部にある2つの隣接する太陽電池セルの金属電極にプローブ4,4が接触させられる。また、このとき、冷却用ステージ20は冷却されていて、太陽電池10が予め設定された温度に冷却されるとともに、チャンバー28内に乾燥ガスが導入管26を通して導入され、冷却された太陽電池10の表面に結露が生じないようにされる。
【0025】
プローブ4,4は電気的に良導体により形成されていて、プローブ4,4の先端が金属電極3a,3b……の表面に接触させられたとき、複数のプローブ4,4の先端がそれぞれほぼ均等な圧力で接触させられ、且つ金属電極3a,3b……やその下の半導体層5a,5b……などを損傷させないように構成されている。したがって、プローブ4,4は銅や金メッキした金属などのほか、弾力性、柔軟性を有する材料たとえば導電性樹脂などで形成されても良く、特に限定されない。なお、個々のプローブ4,4を取り付けるとともに電流を導くアーム32に、プローブ4,4の接触圧力をほぼ一定にするためのバネやスポンジなどの緩衝部材又は緩衝装置を組み込んでおくのが好ましい。
【0026】
プローブ4,4はそれぞれ相隣合う太陽電池セル6b,6cの金属電極3b,3cの表面に接触するように配設されていて、プローブ4と4には太陽電池セル6b,6cの正負の両極に対して逆方向に、すなわちバイアス電圧の印加方向とは逆方向に電圧が印加される。図1に基づいてより詳しく説明すると、たとえば、ガラス基板1の上に被着形成した透明電極2a,2b……上に、非晶質シリコン半導体をp、i、nの順に積層して半導体層5a,5b……を形成し、更にその上に金属電極3a,3b……を被着形成した構造の太陽電池セル6a,6b……が集積された太陽電池10を例に説明する。この太陽電池10における任意の太陽電池セル6bについて、短絡部を除去するために、まずプローブ4はその太陽電池セル6bのn側に接した金属電極3bに接触させられ、またプローブ4はp側に接した透明電極2bと同電位である隣接する太陽電池セル6cの金属電極3cに接触させられ、pinと逆方向の電圧が印加される。
【0027】
このとき、太陽電池10は冷却用ステージ20によって冷却されているため、金属電極3b,3c及び透明電極2bの電気抵抗は通常より低くなり、電圧降下を極力低くすることができる。また、冷却された太陽電池セル6の表面は乾燥ガスによって覆われていて、結露が生ずることがないため、印加された電流がピンホール部以外に流れることはない。したがって、プローブ4,4における印加電圧の制御が容易となり、太陽電池セル6における絶縁部分、特に集積部分に電界がかかりすぎることによって素子が破壊したり、あるいは素子そのものに耐電圧以上の逆方向電圧がかかることにより、素子が破壊することがなくなる。
【0028】
以上、本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法及びその装置における一実施の形態を詳述したが、本発明は上述の形態に限定されるものではない。
【0029】
たとえば、上述の実施の形態では乾燥(除湿・脱湿)ガスをチャンバー28内に吹き込んでいたが、チャンバー28を取り除くとともに、乾燥(除湿・脱湿)ガスを太陽電池10の表面に吹き付けるように構成しても良い。更に、乾燥(除湿・脱湿)ガスを用いずに、送風機などによって空気を太陽電池の表面に送風して、結露しようとした蒸気を吹き飛ばすように構成することも可能である。
【0030】
また、冷却用ステージを用いないで、太陽電池に冷却した空気その他のガスを吹き付けることによって、太陽電池を冷却するとともに、その表面に結露が生じないように構成することも可能である。
【0031】
次に、印加部材を通して印加される電圧は、直流又は交流のいずれでも良く、直流電圧をパルス状にして印加することも可能であり、パルスの間隔などは特に限定されない。また、印加電圧は一定であっても良いが、連続的にあるいは断続的に電圧を増加又は減少させ、あるいは増加と減少を繰り返して印加するように構成することも可能である。これら印加される電圧,電流の大きさ、パルスの有無などの条件は太陽電池セルによって決定される。
【0032】
その他、太陽電池セルの集積方法や構造などは上述の実施の形態に限定されるものではないなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものである。
【0033】
【実施例1】
まず、本発明が適用される非晶質太陽電池を作製した。図1に示すように、基板サイズ400mm×300mm、厚み4mmのガラス基板1上に熱CVD法により透明導電膜層(2)を被着形成した後、波長0.53μmのYAGレーザーの第二高調波を用いて、その透明導電膜層(2)をガラス基板側からスクライブし、短冊状に電気的に分離して透明電極2a,2b……を作製した。その後、純水で超音波洗浄を行い、透明電極2a,2b……が形成された面側に、基板温度を200℃、反応圧力を0.5Torrから1.0Torrに設定して、モノシラン、メタン、ジボランから成る混合ガス、モノシラン、水素から成る混合ガス、モノシラン、水素、ホスフィンから成る混合ガスをこの順序にて容量結合型グロー放電分解装置内で分解することにより、P型、I型、N型の非晶質半導体層の膜(5)を形成した。この後、先程のレーザーによるスクライブ線より僅かにずれた位置を、透明電極2a,2b……にダメージがないように波長0.53μmのYAGレーザーの第二高調波をガラス面側から入射させて分離し、非晶質半導体層5a,5b……を形成した。引き続いて、非晶質半導体層5a,5b……の面側に金属層(3)としてアルミニウムをスパッタリング法により、厚み300nmを形成した後、この金属層(3)を波長0.53μmのYAGレーザーの第二高調波を用いて、透明電極2a,2b……のスクライブ線とは反対方向で、非晶質半導体層5a,5b……のスクライブ線よりわずかにずれた位置にスクライブ線を入れて電気的に分離して金属電極3a,3b……を形成することにより、集積型非晶質シリコン太陽電池10を作製した。
【0034】
次に、図2に示すように、この太陽電池10の両端に正負の取り出し電極12,14を設けた。この取り出し電極12,14は半田メッキされた銅箔を用いており、ガラス基板1との接着は超音波半田付け法により、予備半田付けされた半田16によってガラス基板1との接着を行った。
【0035】
このようにして作製された太陽電池は複数の太陽電池セルが集積されたものであり、個々の太陽電池セルを以下、ユニットセル6a,6b……と呼ぶ。図1に示されるように、たとえば隣接した2つのユニットセル6b,6cにおける一方のユニットセル6bの電位はpin接合のn側に接した金属電極3bの電位であり、他方のユニットセル6cの電位はp側に接した透明電極2bの電位と同電位となっている。したがって、逆方向に電圧を印加するためには、n側に接する金属電極3bに(+)、透明電極2bと同電位である金属電極3cには(−)の電圧を印加することになる。
【0036】
ここで、上記の手法によって製造された太陽電池10は、長さが0.75cm、幅が38.8cmの細長い短冊状のユニットセル6a,6b……が40段、集積化された構造であった。そこで、この太陽電池10を図3に示す短絡部除去装置18のアルミニウム製の冷却用ステージ20の上に置き、アクリル製の覆い28を被せた。また、覆い28の中に、乾燥窒素を連続的に流して充満させた。更に、太陽電池10のガラス基板1と接する冷却用ステージ20の上に熱電対を取り付け、基板温度を測定した。そして、基板温度が5℃以下になったのを確かめた後、図1に示すように、プローブ4,4をそれぞれ隣合うユニットセル6,6の金属電極3,3に接触させ、それぞれユニットセル6に対して逆方向にバイアス電圧を印加して、ピンホールの除去を行った。このようにして集積化された40段の全てのユニットセル6a,6b……に逆方向バイアスを印加して行き、この集積型太陽電池のピンホール部の除去を行った。なお、電圧の印加は2回行い、1回目は6V、2回目は8Vの電圧をそれぞれ0.5秒ずつの矩形波で印加した。
【0037】
まず、製造された10枚の太陽電池10について、何らの処理も施さずに特性として出力を測定した。測定は100mW/cm2 エアーマス1.5の条件で測定した。その結果の平均値を初期値として表1に示した。次いで、上記短絡部除去方法によりその太陽電池10について特性回復を行った後、特性を測定した。その結果の平均値を処理後として表1に示した。
【0038】
【表1】
【0039】
【比較例1】
実施例1と同様にして製造された10枚の太陽電池10について、何らの処理も施さずに特性を測定し、その平均値を初期値として表1に示した。次に、従来通りの方法で、室温25℃のクリーンルーム内で逆方向バイアス電圧を印加する処理による太陽電池の特性回復を行った。得られた太陽電池について特性を測定し、その平均値を処理後として表1に併せて示した。
【0040】
表1からも分かるように、実施例1に示す太陽電池を冷却して行う短絡部除去方法では、初期値に対して処理後は出力が約1.33倍に向上していた。これに対して、従来方法では、出力が1.16倍までにしか特性が回復していなかった。
【0041】
【発明の効果】
本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法及びその装置は、太陽電池を冷却して短絡部を除去するようにしているため、電気抵抗の大きい第1の電極及び第2の電極における電圧降下を小さくすることができ、印加電圧の設定と制御が容易且つ安定したものとなり、短絡部の除去を確実に行うことができる。また、太陽電池を冷却することにより、ピンホール部の半導体層を飛散させるとき、同時にその位置にある第2の電極も飛散させ易くなり、ピンホール部の除去が確実なものとなる。その結果、この方法を用いることにより、太陽電池の最大出力が大幅に改善され、太陽電池そのものの歩留まりを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池の短絡部除去方法及びその装置の1実施の形態を示す要部拡大斜視説明図である。
【図2】本発明に用いられる太陽電池の1例を示す説明図であり、同図(a) は要部拡大正面説明図、同図(b) は平面説明図である。
【図3】本発明にかかる太陽電池の短絡部除去方法及びその装置の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
1:絶縁基板(ガラス基板)
2:第1の電極層(透明電極)
3:第2の電極層(金属電極)
4:プローブ(印加部材)
5:半導体層
6:太陽電池セル
10:太陽電池
18:短絡部除去装置
20:冷却用ステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for removing a short circuit part and a short circuit part removing device for a solar cell, particularly an amorphous solar cell, and more specifically, a short circuit part is provided between an electrode between a substrate side electrode and a back side electrode sandwiching a power generation layer. The present invention relates to a method and an apparatus for insulating by applying a reverse voltage equal to or lower than a withstand voltage and generating an insulation by removing or oxidizing a short-circuit portion by Joule heat generated at that time.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
In general, an amorphous solar cell has a structure in which a transparent electrode, a semiconductor layer, and a metal electrode are sequentially stacked on a glass substrate and patterned to integrate a plurality of solar cells. The transparent electrode, the semiconductor layer, and the metal electrode that constitute the amorphous solar cell are all thin films, and the thickness of the semiconductor layer is, in particular, nm units. Therefore, a pinhole or a depression is generated in the semiconductor layer for some reason. There is. As described above, when a pinhole or a depression is generated in the semiconductor layer, the transparent electrode and the metal electrode are electrically connected at the portion, and the electrodes are short-circuited, and the output of the solar cell is greatly reduced. Therefore, various methods have been conventionally employed as methods for eliminating defects due to short circuits between the substrate-side electrode and the back-side electrode of the amorphous solar cell.
[0003]
For example, as shown in FIG. 1, the
[0004]
However, although this method is inexpensive and simple, the short-circuited portion is insulated by oxidizing or scattering the pinhole portion by Joule heat, but the voltage application time, the applied voltage value, etc. Depending on conditions, in the remaining part of the scattered part, the scattering state did not necessarily create an insulating state. For example, the power generation layer which is the
[0005]
The second short-circuit portion removal method is a method in which a minute short-circuit portion is found from the upper part of the cell and the pinhole portion is heated and scattered by irradiating the portion with a laser beam using a laser beam. In this method, the laser generator used to remove the pinhole portion is expensive, and the device for detecting the pinhole portion is expensive, which leads to an increase in the cost of the solar cell. There was a problem.
[0006]
The third short-circuit removal method is a method in which the pinhole portion is filled in advance using a resist. In this method, after depositing an amorphous layer, a resist is applied, and then the resist is cured using the fact that light passes only through the pinhole portion, so that an insulating layer is created only at the pinhole portion. is there. Thereafter, unreacted portions of the applied resist film are removed with a remover, and after washing and drying, a back metal layer is deposited to manufacture a solar cell without a short-circuit portion.
[0007]
In this method using a resist, there is a so-called wet process such as a resist development process and a remove process before vapor deposition of the back surface metal layer. Therefore, a good ohmic contact is provided between the semiconductor layer as the power generation layer and the back surface metal layer. There was a drawback that it was difficult to make a joint. Moreover, since the number of processes increases, there is a problem that the cost of the solar cell is increased.
[0008]
The present inventors adopt the first method that is inexpensive and can be easily processed as a method for removing a short-circuit portion, that is, a method of applying a reverse bias voltage between electrodes constituting a solar cell. The method has been improved. As described above, this method is a method in which the pinhole portion is completely oxidized or scattered by Joule heat depending on the application time of the bias voltage and the value of the applied voltage, thereby eliminating the conducting portion and creating an insulating state. is there. However, as described above, according to this method, the short-circuit portion is not completely oxidized or scattered by Joule heat depending on the application time of the reverse bias voltage or the value of the applied voltage, but the short-circuit portion is expanded. There was a fear.
[0009]
Therefore, as a result of intensive studies and studies to solve these problems, the present inventors have invented a method for removing a short circuit portion of a solar cell and an apparatus therefor according to the present invention.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A gist of the solar cell short-circuit removal method according to the present invention includes one or a plurality of solar cells in which a first electrode layer, a semiconductor layer, and a second electrode layer are sequentially formed on an insulating substrate. In the solar cell short-circuit removal method, at least the solar battery cell is cooled and at a non-condensing atmosphere, a voltage equal to or lower than the withstand voltage is applied in the opposite direction to the adjacent positive and negative electrodes of the plurality of solar battery cells. There is to apply. The solar battery cell is cooled to 15 ° C. or lower.
[0011]
Moreover, in the short circuit part removal method of this solar cell, it exists in obtaining the said non-condensing atmosphere by exposing at least this solar cell to dry gas or dehumidification gas.
[0012]
Next, the gist of the solar cell short-circuit removing device according to the present invention is that one or more solar cells in which a first electrode layer, a semiconductor layer, and a second electrode layer are sequentially formed on an insulating substrate. In a solar cell short-circuit removing device for removing a short-circuit portion by applying a voltage equal to or lower than a withstand voltage in the opposite direction to both positive and negative electrodes adjacent to each other in the solar cell composed of cells, The object is to have temperature control means for maintaining the temperature at a predetermined temperature.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The solar cell short-circuit removal method and apparatus according to the present invention reduces the temperature of a solar cell, particularly a solar cell to remove at least the short-circuit portion, to a resistance temperature coefficient when performing reverse bias voltage application processing. The resistance of the metal in the electrode part was reduced by the ratio of the temperature that had been lowered, and the amount of current could be increased. As a result, it becomes possible to flow more current at a voltage lower than the withstand voltage, and at the same time, it is considered that not only the power generation layer but also the metal part will be scattered at the same time when the metal becomes brittle and scattered. There is no short circuit due to sagging of the electrode metal.
[0014]
Moreover, in the solar cell short-circuit removal method and apparatus according to the present invention, the temperature of the solar cell is lowered, and therefore, dew condensation tends to occur on the surface of the solar cell. If dew condensation occurs, it may cause a new current path. As a result, the amount of current that normally passes through the pinhole portion may be reduced. In this case, the pinhole portion is scattered or insulated. I can't do that. For this reason, when the temperature of the solar cell is lowered, the surface of the solar cell intended to remove at least the short-circuit portion of the solar cell is dehumidified / dehumidified to the extent that it does not become saturated vapor at a cooling temperature such as dry gas or dehumidified gas. By spraying the dried gas or making the entire atmosphere including the solar battery such a gas, dew condensation can be prevented from occurring on the surface of the solar battery cell.
[0015]
Next, embodiments of a solar cell short-circuit removal method and a short-circuit removal device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
First, as a solar cell to which the present invention is applied, for example, as shown in FIG. 1, a
[0017]
In this
[0018]
Also, the
[0019]
After the
[0020]
Removal of the short-circuit portion of the solar cell is performed as follows. That is, as shown in FIG. 3, the solar cell short-
[0021]
Inside the cooling
[0022]
On the other hand, moisture contained in the atmosphere is condensed and attached to the surface of the cooled
[0023]
Next, the
[0024]
In the above configuration, the manufactured
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
At this time, since the
[0028]
As mentioned above, although one Embodiment in the short circuit part removal method of the solar cell which concerns on this invention, and its apparatus was explained in full detail, this invention is not limited to the above-mentioned form.
[0029]
For example, although the dry (dehumidification / dehumidification) gas is blown into the
[0030]
Further, it is possible to cool the solar cell by spraying cooled air or other gas to the solar cell without using a cooling stage, and to prevent condensation on the surface.
[0031]
Next, the voltage applied through the application member may be either direct current or alternating current, and the direct current voltage may be applied in the form of a pulse, and the interval between pulses is not particularly limited. The applied voltage may be constant, but the voltage may be increased or decreased continuously or intermittently, or the increase and decrease may be applied repeatedly. Conditions such as the applied voltage, the magnitude of the current, and the presence or absence of a pulse are determined by the solar cell.
[0032]
In addition, the solar cell integration method, structure, and the like are not limited to the above-described embodiments, and various improvements, modifications, and modifications are made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It can be implemented in a modified form.
[0033]
[Example 1]
First, an amorphous solar cell to which the present invention was applied was produced. As shown in FIG. 1, a transparent conductive film layer (2) is deposited on a
[0034]
Next, as shown in FIG. 2, positive and
[0035]
The solar battery thus produced is a plurality of solar battery cells integrated, and the individual solar battery cells are hereinafter referred to as
[0036]
Here, the
[0037]
First, about 10 manufactured
[0038]
[Table 1]
[0039]
[Comparative Example 1]
The characteristics of the ten
[0040]
As can be seen from Table 1, in the short-circuit removing method performed by cooling the solar cell shown in Example 1, the output was improved about 1.33 times after the treatment with respect to the initial value. On the other hand, in the conventional method, the characteristics were recovered only up to 1.16 times the output.
[0041]
【The invention's effect】
Since the solar cell short-circuit removal method and apparatus according to the present invention cools the solar cell and removes the short-circuit portion, the voltage drop in the first electrode and the second electrode having a large electric resistance is reduced. The applied voltage can be set and controlled easily and stably, and the short-circuit portion can be reliably removed. In addition, by cooling the solar cell, when the semiconductor layer in the pinhole portion is scattered, the second electrode at that position is easily scattered at the same time, and the removal of the pinhole portion is ensured. As a result, by using this method, the maximum output of the solar cell is greatly improved, and the yield of the solar cell itself can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged perspective explanatory view of a main part showing one embodiment of a solar cell short-circuit removing method and apparatus according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing an example of a solar cell used in the present invention, wherein FIG. 2A is an enlarged front explanatory view of a main part, and FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing an embodiment of a solar cell short-circuit removal method and apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Insulating substrate (glass substrate)
2: First electrode layer (transparent electrode)
3: Second electrode layer (metal electrode)
4: Probe (applying member)
5: Semiconductor layer 6: Solar cell 10: Solar cell 18: Short-circuit removing device 20: Cooling stage
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