JP4046819B2 - Photovoltaic element manufacturing method - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は光起電力素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光を入射させて起電力を発生させる光電変換素子(光起電力素子)は、さまざまな分野で利用されている。特に、近年は環境問題に対する関心の高まりから、クリーンなエネルギーの発生源としての太陽電池として利用されてきている。
そうした太陽電池としては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いた結晶系の太陽電池、アモルファスシリコンを用いた非晶質(アモルファス)系の太陽電池、および化合物半導体系の太陽電池が知られている。
これらの太陽電池の中、アモルファスシリコン太陽電池は、変換効率こそ結晶系の太陽電池に及ばないものの、安価に製造でき、大面積化が容易で、かつ光吸収係数が大きいので薄膜で動作するなどの結晶系太陽電池にはない優れた特徴を有していることから注目され、研究され、また実際に使用されてきている。しかし、未だ普及するには至っていない。その理由の1つとして、その製造コストが比較的高いということがある。この問題の解決策として、(i)発電領域の効率的利用、(ii)接続箇所を減らすことによる接続部材費の節減、および接続のための人件費の削減、および(iii)光電変換層の製造費の低減、が挙げられる。これらの事項を達成するためには、太陽電池の大面積化が必要不可欠である。
ところで、アモルファスシリコン太陽電池の構成としては、例えば、ステンレスなどからなる導電性基板上に、裏面電極、半導体層、受光面電極の順番で堆積したものが公知であり、前記受光面電極は、例えば透明導電性酸化物によって形成される。さらに、電流を集めるための集電電極が、前記受光面電極上の表面上に形成される。この集電電極は、太陽電池の光入射面側に設けられるため、集電電極の面積はいわゆるシャドーロスとなり、太陽電池の発電に寄与する有効面積を減少させてしまう。このため、集電電極は比較的細い形状で形成される。
【0003】
特に、上述したように、コスト低減の目的で太陽電池を大面積化する場合には、集電電極の長さも長くなることから、細い形状はもちろんのこと、できるだけ低抵抗になるように材料および断面形状について設計することが要求される。
この要求を満たす材料として、例えば、米国特許第4.260,429号公報に開示されるように、金属ワイヤーに導電性粒子を含むポリマーで被覆した電極が提案されている。当該提案によれば、導電性のよい銅などの金属ワイヤーを用いるため、長い集電電極を形成した場合でも電気抵抗ロスが少なく、またアスペクト比を1:1にできるため、シャドーロスも小さくすることができる。
また、前記米国特許公報には、ワイヤーの固定接着方法に関して、コートワイヤー周囲に配された導電性接着材を用いて簡便な方法で接着できることが記載されていて、例えば熱や圧力により接着する方法が示されているが、具体的な装置や手法は示されていない。
また、特開平7−335921号公報には、少なくとも1層の導電性接着材で被覆された金属ワイヤーを光起電力素子に設置するについて、熱および圧力を用いる方法が開示されている。当該公報に記載の方法によれば、集電電極となりうる金属ワイヤーに均一に熱/圧力をかけることができ、密着力が向上すると同時にシャドーロスも小さくすることができるとされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記公開公報に記載の方法においては、光起電力素子の集電電極形成位置に被覆ワイヤーを乗せた状態で加熱/加圧により接着を行うが、この方法においては、両端が完全に固定された被覆ワイヤーが、加熱時に熱膨張することによって、所望のワイヤー長よりも長さが長くなってしまい、ワイヤーの蛇行現象が起こってしまうという問題がある。
また、これにより得られる外観を損ねてしまうという問題もある。また、極端な場合には、蛇行したワイヤーが所定領域からはみ出して、太陽電池の有効領域外に接着されてしまい、太陽電池がショート(短絡状態)してしまうという特性上の問題が生ずることがある。
本発明の目的は、これらの問題を克服し、外観がよく、製造安定性に優れた光起電力素子の製造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】
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本発明は、導電性樹脂を被覆した金属ワイヤーからなる集電電極を有する光起電力素子の製造方法において、所望長さよりも短い該金属ワイヤーの両端部のみを光起電力素子の一部に固定し、その後、加熱および加圧にて前記金属ワイヤーを熱膨張させながら、前記金属ワイヤーの全部分を光起電力素子面上に接着することを特徴とする。前記光起電力素子は可撓性を有するものである。
前記金属ワイヤーの両端部の前記光起電力素子への固定は、粘着性材料を用いて行われる。該粘着性材料としては、好ましくは両面テープを使用する。前記金属ワイヤーを前記粘着性材料を使用して前記光起電力素子に固定した後の加熱処理は、該金属ワイヤーを被覆している導電性樹脂層の軟化温度から150℃の範囲で行われる。また、上述したように固定した後の加圧処理は、1kg/cm2乃至10kg/cm2の範囲の加圧により行われる。
【0006】
【作用】
本発明者らによる実験を介しての検討の結果、従来技術において上述したように、ワイヤーの蛇行現象が起こってしまうのは、所望長さのワイヤー両端部を完全に固定した状態で加熱/加圧を行うことによって、ワイヤーが熱膨張して長さの伸びた状態で光起電力素子上に密着してしまうことに原因があることが判った。
これらの問題を解決するために本発明者らが実験を介して検討した結果、上述した構成の本発明によれば以下に述べるような作用効果が得られることが判った。
(1)所望長さよりも短い金属ワイヤー両端部を光起電力素子に固定し、その後に加熱および加圧をすることで、熱膨張により該金属ワイヤーを所望の長さに伸びた状態で接着することができ、ワイヤーの余剰分のでることがなくなる。その結果、ワイヤーの蛇行現象を防ぐことができる。
(2)光起電力素子自体が可撓性を有することで、所望長さよりも短い金属ワイヤーの両端部のみを光起電力素子の一部に固定する際に、光起電力素子のほうを湾曲することができるので、所望状態の固定が容易にできる。
(3)金属ワイヤー両端部の固定を粘着性材料により行うことで、複数本の金属ワイヤーを固定する際に、金属ワイヤーの長さのばらつきを、その粘性によって吸収することができる。
(4)前記粘着性材料が、両面テープであることによって、製造工程を簡易にすることができる。
(5)金属ワイヤーを固定するための熱が、導電性樹脂層の軟化温度乃至150℃の範囲とすることで、導電性接着材の余分な広がりを抑えることができ、シャドーロスの小さな高特性の光起電力素子を得ることができる。
(6)金属ワイヤーを固定するための圧力を1kg/cm2乃至10kg/cm2の範囲とすることで、導電性接着材の余分な広がりを抑えることができるとともに、安定した接着強度を得ることができる。
【0007】
【実施態様例】
以下に、本発明の実施態様例を説明する。本発明は、これらの実施態様例に限定されるものではない。
【0008】
【集電電極】
図1に、導電性樹脂層を被覆した金属ワイヤー100を示す。集電電極100を構成する金属ワイヤー101は、線材として工業的に安定に供給されているものが好ましく、かつ、前記金属ワイヤーを形成する金属体の材質としては、比抵抗が10-4Ωcm以下の金属を用いることが望ましい。例えば、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材料が、比抵抗が小さいため好適に用いられる。中でも、銅が電気抵抗が低いうえに安価であることから望ましい。また、前記金属ワイヤーはこれらの金属の合金であってもよい。
前記金属ワイヤーの表面には、所望に応じて、腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着性の向上、電気的導通の改良などの目的で薄い金属層を形成したものでもよい。該表面金属層としては、例えば、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、錫などの耐食性のよい金属を用いることができる。なかでも、金、銀、錫が湿度などの影響を受けにくいため、当該金属層として好適に用いられる。前記金属層の形成方法としては、例えば、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をコートしてもよい。該コートの厚みは、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。電気的導通、耐食性の効果、金属層厚みを考慮して金属層の比抵抗は、10-6Ωcm以上100Ωcm以下が好適である。
前記金属ワイヤー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定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までの銅線が好適に用いられる。より好ましくは、25μmから200μmとすることで効率のよい光起電力素子が得られる。25μmより細い場合はワイヤーが切れやすく製造が困難となり、また電気ロスも大きくなる。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表面を被覆する際にEVAなどの充填材を厚くしなければならなくなる。
前記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できる。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、軟質にしてもよい。
【0009】
本発明において、前記金属ワイヤーを被覆するための導電性樹脂としては、導電性粒子と高分子樹脂とを分散して得られるものが使用される。前記高分子樹脂としては金属ワイヤーに塗膜を形成しやすく、作業性に優れ、柔軟性があり、耐候性に優れた樹脂が好ましい。具体的には、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、アルキド樹脂あるいはこれらを変性した樹脂などの熱硬化性樹脂が好適な材料として挙げられる。とりわけ、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール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た材料である。しかも、耐湿性、接着性の面でも光起電力素子の集電電極用材料として好適に用いられる。
この他、ブチラール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、メラミン樹脂、ブチラール樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることもできる。これらの中、ブチラール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂が柔軟性、耐湿性、接着性の面で優れた材料で光起電力素子の集電電極用材料として好適に用いられる。
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材料としては、カーボンブラック、グラファィトなどやIn23,TiO2,SnO2,ITO,ZnOおよび前記材料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に用いられる。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の平均粒径としては0.02μm乃至15μmが好ましい。また、異なる2種類以上の導電性粒子を混合して、比抵抗や導電性樹脂内での分散度を調節してもよい。さらに、ITO,In23,TiO2,SnO2,ZnOなどの材料を用いることにより透光性を付与してもよい。これらの中、ITOを用いることにより特に高い透光性が達成できる。
【0010】
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が、導電性粒子を増加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、樹脂を増加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ものである。具体的には導電性粒子が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。前記導電性樹脂の比抵抗としては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うる抵抗であり、かつ、シャントが生じないように適度な抵抗値とすることが必要であり、具体的には0.01乃至100Ωcm程度が好ましい。0.01Ωcm以下であるとシャントを防ぐバリア機能が少なくなり、100Ωcm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。
【0011】
本発明において、図1に示した集電電極100の構成では、前記金属ワイヤー101に接して設けられる第1の樹脂層102は、金属ワイヤーへの湿度の浸透を防いで前記金属ワイヤーの表面の腐食を防ぐとともに、前記金属ワイヤーからの金属イオンマイグレーションを防ぐ機能を有するバリア層である。第1の樹脂層を構成する導電性樹脂に含まれる高分子樹脂としては上述した樹脂の中でもとりわけ透湿性の比較的少ない樹脂が好適に用いられる。すなわち、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂あるいはこれらを変性した熱硬化性樹脂が好適である。また、これらの樹脂は被覆後に十分な硬化を行うことが好ましい。第1の樹脂層102の厚みは、金属ワイヤー101の径や所望の特性によって異なるが、例えば金属ワイヤー101が100μmであれば第1の樹脂層102はピンホールがなく、バリア層としての機能が十分であり、かつ、シャドーロスを極端に生じないようにするために1乃至15μm程度が好適である。1μm以下の厚みでは均一にコートすることが難しくピンホールが発生し、バリア層としての機能が不十分となる。また、15μm以上であると被覆層がはがれ易くなったり、シャドーロスが大きくなりすぎるために好ましくない。
第2の樹脂層103は、集電電極を半導体層あるいは透明電極に接着固定する機能と集電する機能とを有する接着層である。第2の樹脂層103を構成する導電性樹脂に含まれる高分子樹脂としては上述した樹脂の中でもとりわけ接着性が良好で柔軟性のよい樹脂が好適に用いられる。すなわち、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいはこれらを変性した熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が好適な材料として挙げられる。とりわけウレタン樹脂は架橋密度を調整しやすい樹脂であるため好適に用いられる。これらの樹脂は被覆後に未硬化の状態としておき、接着工程を経た後硬化するようにすることが望ましい。そのために、当該硬化に使用する硬化剤はブロックイソシアネートにすることが好ましい。ブロックイソシアネートは各ブロックイソシアネートのイソシアネート基の解離温度に加熱することにより硬化が進行する機構をもっている。そのため、解離温度以下で乾燥することにより、含まれていた溶剤が完全に除去され、粘着性、タック性がなくなるためリールにコイル状に巻き取り、保存可能になる。しかも、保存時にはイソシアネートの解離温度以上の熱を加えない限り、硬化が進行しないため、集電電極形成時に一様に十分な接着力が得られる。
第2の樹脂層103の厚みは金属ワイヤー101の径によって異なるが、例えば金属ワイヤー101が100μmであれば第2の樹脂層103はピンホールがなく、接着層としての機能が十分でありかつシャドーロスを極端に生じないために5乃至30μm程度が好適である。
前記導電性樹脂を前記金属ワイヤーに被覆する方法としては通常のエナメル線の絶縁被覆膜の塗布方法が好適に用いることができるが具体的には、前記導電性樹脂を適当な粘度となるように溶剤で希釈し、前記金属ワイヤーにロールコーターなどを用いてコートし、所望の厚みを形成するためのダイスを通過させてその後加熱炉で溶剤乾燥および熱硬化させる。
図1においては、金属ワイヤー101の周囲に導電性樹脂からなるバリア層(102)と接着層(103)を形成した場合について述べてきたが、これに限ることはなく、例えば金属ワイヤー101の周りに直接接着層(103)を形成しても構わない。
【0012】
【光起電力素子】
本発明において用いられる光起電力素子としては、単結晶、多結晶あるいはアモルファスシリコン系光起電力素子(太陽電池)、シリコン以外の半導体を用いた光起電力素子(太陽電池)、ショットキー接合型の光起電力素子(太陽電池)であることができる。しかし、以下ではこれら光起電力素子の中、アモルファスシリコン光起電力素子(太陽電池)の場合について説明する。
図2(a)乃至(c)は、それぞれ基板と反対側から光入射するアモルファスシリコン系光起電力素子(太陽電池)の模式的断面図である。図において、201は基板、202は下部電極、203,213,223はn型半導体層、204,214,224はi型半導体層、205,215,225はp型半導体層、206は透明導電膜、207は集電電極を表す。
図2に示すアモルファスシリコン系光起電力素子(太陽電池)、即ち、薄膜光起電力素子(太陽電池)の場合には、基板201が必要であり、該基板としては絶縁性あるいは導電性基板が用いられる。導電性基板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裏面電極の役目も果たす。ガラス、高分子樹脂、セラミックスなどの絶縁性基板を用いる場合には、該基板上にクロム、アルミニウム、銀などの金属を蒸着し、裏面電極とする。下部電極202は、半導体層203,204,205,213,214,215,223,224,225で発生した電力を取り出すための一方の電極であり、半導体層203に対してはオーミックコンタクトとなる仕事関数を持つことが要求される。当該下部電極の構成材料としてはAl,Ag,Pt,Au,Ni,Ti,Mo,W,Fe,V,Cr,Cu等の金属;例えばニクロム等のこれら金属の合金;SnO2,In23,ZnO,ITO等の透明導電性酸化物(TCO)が挙げられる。下部電極202の表面は平滑であることが好ましいが、光の乱反射を起こさせる場合にはテクスチャー化してもよい。また、基板201が導電性である場合、下部電極202を設けなくてもよい。下部電極202はメッキ、蒸着、スパッタなどの公知の方法で形成することができる。
アモルファスシリコン半導体層はn層203、i層204、p層205としたシングル構成(図2(a)参照)だけでなく、pin接合またはpn接合を重ねたダブル構成(図2(b)参照)、トリプル構成(図2(c)参照)も好適に用いられる。
特にi層204、214、224を構成する半導体材料としてはa−Siの他にa−SiGe,a−SiCなどのいわゆるIV族およびIV族合金系アモルファスシリコン半導体が挙げられる。アモルファスシリコン半導体層の成膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、高周波プラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD法、ECR法、熱CVD法、LPCVD法など公知の方法を所望に応じて用いる。成膜装置としてはバッチ式の装置や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。
透明導電膜206は、半導体層がアモルファスシリコンのようにシート抵抗が高い場合必要であり、かつ、光入射側に位置するために透明であることが必要である。透明導電膜206の材料としてはSnO2,In23,ZnO,CdO,CdSnO4,ITOなどの金属酸化物が用いられる。
【0013】
【製造方法】
本発明の集電電極の作製方法を実施するのに好適な装置の例を図3に示す。
図3は、真空システムを用いた加熱装置の模式的断面図である。図3において、301は加熱板兼下部チャンバー、302はヒーター、303は光起電力素子、304は下部チャンバー301に配設された排気口、305は樹脂シート1、306は樹脂シート2、307は上部チャンバー、308は上部チャンバー内に配設された排気口を示す。図3の装置では、加熱板兼下部チャンバー301で光起電力素子303を加熱すると同時に、樹脂シート1および2により加圧することで接着を行う。
加熱板兼下部チャンバー301は光起電力素子を加熱するためのものである。該加熱板兼下部チャンバーには、不図示の熱電対が設置されており、この熱電対で測定した温度をフィードバックして温度制御を行う制御系(図示せず)が配備されている。
加熱板兼下部チャンバー301の下部にはヒーター302が配置されており、ヒーター302の熱は加熱板兼下部チャンバー301を介して、光起電力素子303に伝えられる。
上部チャンバー307は上下動が可能であり、その下部には2枚の樹脂シート305,306が設置されている。
光起電力素子303は加熱板301上に置かれると同時に、上部チャンバー307が下降を始め、その下降端で周辺をシールし、光起電力素子周辺には加熱板と樹脂フィルムで囲まれた密閉空間が形成される。その階段で、加熱板兼下部チャンバー301の排気口304からエア引きを行い、密閉空間を真空状態にすることによって、樹脂シート305および306が光起電力素子の集電電極を素子方向に加圧し、集電電極が素子上に接着される。
樹脂シート305は、真空を保持するためと圧力を均一にかけるためのもので、耐熱性、耐久性に優れたフィルムが使用される。具体的には、シリコンゴム、フッ素ゴム、ネオプレンゴムなどの弾性を有する材料が好適に用いられる。樹脂シート305の厚みは、所望に応じて設計されるものであるが、500μmから2mm程度が好適である。
樹脂シート306は、集電電極の導電性接着材が樹脂シート305に付着するのを防ぐためと、樹脂シート305が加熱された際に出てくるオイルなどが光起電力素子に付着するのを防ぐためのもので、所望に応じて用いられる。具体的には、100μm程度の厚みのPTFE,ETFE,PFAなどの公知の高分子フィルムが用いられる。また、強度を向上するために、これらの材料にガラス繊維を含浸させたものでもよい。
【0014】
集電電極に加えられる圧力は、光起電力素子周辺の真空度と、樹脂フィルムの硬度によって決定されるが、ここで述べる圧力とは集電電極の直上に印加される圧力のことであり、その値は1.0〜5kg/cm2が望ましい。1.0kg/cm2以下の場合には、熱により軟化した導電性接着材があまり加圧されず、光起電力素子との接着面積が小さくなり、シリーズ抵抗が大きくなってしまうという問題が生じることがある。また、5kg/cm2以上の場合には、熱により軟化した導電性接着材が押しつぶされすぎて大きく広がり、シャドーロスが大きくなってしまうという問題が生じることがある。
集電電極の加熱温度としては、導電性接着材の軟化温度から150℃までの温度範囲とするのが好ましい。この温度範囲において、接着材の広がりは一層抑えられ、シャドーロスの小さな高特性の光起電力素子を得ることができる。
集電電極を形成する際の金属ワイヤーの長さとしては、所望長さよりも短い長さの金属ワイヤーが用いられる。短さの度合いについては、使用するワイヤー材料の熱膨張率、光起電力素子材料の熱膨張率、加熱温度によって決定され、熱膨張時に所望の長さになるように設計される。
光起電力素子が可撓性を有する場合には、所望長さよりも短い金属ワイヤーを光起電力素子の一部に固定した際に、例えば図4に示すようになる。図4において、401は光起電力素子、402は金属ワイヤー、403は粘着性材料である。所望長さよりも短い金属ワイヤーを固定しているため、光起電力素子は凹状に変形する。この状態から、加熱加圧を行うことにより、金属ワイヤーは熱膨張して伸びた状態で接着させるため、所望長さの集電電極を得ることが可能である。
【0015】
【粘着性材料】
本発明において使用する粘着性材料については、金属ワイヤーからなる集電電極を固定しておく機能が必要である。該粘着性材料としては、例えば、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、または複合型接着剤などが挙げられる。これらの接着剤の中で、特に接着性、タック、保持力、耐電性、耐湿性などに優れているものとして、アクリル系、シリコーン系接着剤が好適に用いられる。
さらに、作業性、量産性を高めるために、基材と上記接着剤を重ねた構成の粘着テープ、両面粘着テープを用いることも可能である。その際の基材としては、集電電極を加熱形成する時の耐熱性が要求され、例えば、ポリイミド、PETなどが用いられる。
【0016】
【実施例】
以下の実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は該実施例により限定されるものでない。
【0017】
【実施例1】
本実施例では、光起電力素子が、ステンレス基板を用いたアモルファスシリコン光起電力素子(太陽電池)の場合を図5を用いて具体的に説明する。
光起電力素子用の基板として、表面を洗浄した厚さ0.15mmのステンレススチール箔からなるロール状ステンレス基板を用意した。該ステンレス基板の表面上に、pin/pin構造の光起電力素子を公知のプラズマCVD法により表1に示した条件で形成した。pin/pin構造の光起電力素子の形成されたロール状ステンレス基板を切断することにより、光起電力素子500(239cm×356cm)を作製した。この光起電力素子500に対して、以下の処理を順番に行った。
(1)光起電力素子500の表面上に、ITOのエッチング材(FeCl3)含有ペーストをパターン501(図5(a))のようにスクリーン印刷した後、純水洗浄することにより、ITO層の一部をエッチングし上部電極と下部電極の電気的な分離を確実にした。
(2)光起電力素子500のエッチング領域のすぐ外側に、厚み200μmの両面テープ502(東洋インキ社製、基材ポリイミド/PET複合材、粘着材シリコン系)を図5(b)に示すように貼付した
(3)別途準備しておいたコートワイヤー503(直径100μmの銅ワイヤーに、体積抵抗率0.5Ωcmのカーボンペーストを20μm厚でコーティングし、乾燥処理したもの、カーボンペーストは、ウレタン樹脂(軟化温度約100℃)にカーボンブラックを分散し、IPA、酢酸エチルで希釈したもの)を354.7cmの長さに切断し、図5(c)に示すように複数本両面テープ502上に貼りつけた。貼りつけの際には、まず光起電力素子500を凹上に固定する治具の上に載置し、コートワイヤーをたるみなく貼るために、少々のテンションをかけながら貼りつけた。
(4)コーティングワイヤー503からの電気をさらに集電するためのバスバーとして、銀メッキ銅504(厚さ100μmの銅箔に、両面約1μmの銀メッキを施したもの)を、コーティングワイヤー503を固定している両面テープ502上に貼りつけた(図5(d))。
(5)図3に示した真空加熱装置を用いて、加熱加圧プレスを行い、コーティングワイヤー503を光起電力素子500上に接着した。その際の条件は、電極形成面上の温度を200℃にし、1kg/cmの圧力で45sec間プレスした。
これにより太陽電池を得た。以上の方法で、太陽電池10個作製した。
得られた10個の太陽電池について、初期特性を、AM1.5グローバルの太陽光スペクトルで100mW/cm2の光量の擬似太陽光源(以下シミュレータと呼ぶ)を用いて測定し、変換効率を求めたところ、9.5%±0.03%であり、良好な特性でばらつきも少なかった。また、シリーズ抵抗も平均32Ωcm2であり良好な値であった。
またいずれの太陽電池も、コートワイヤーが直線状に接着されており、ゆがみが発生している箇所は見受けられず、外観は良好であった。また、コーティングワイヤーの長さを測定したところ、約355.0cmであり、初期長さよりも伸びた状態で接着されていることが判った。また、所望長さ355.0cmを達成することができた。
【0018】
【比較例1】
本例は、長さ354.7cmのコートワイヤーを用いる代わりに、長さ355cmのコートワイヤーを用いた点が実施例1と異なる。
両面テープを貼付するところまでは実施例1と同様の手法を行い、その後実施例1で使用したと同じコーティングワイヤーを355.0cmの長さに切断し、図6(a)に示すように両面テープ上に貼りつけた。貼りつけの際には、実施例1とは異なり、光起電力素子を凹状にすることなく、平面上で貼りつけを行った。ただし、たるみをなくすために多少のテンションは加えながら貼りつけた。次に実施例1と同様に、バスバーである銀メッキ銅を貼りつけた後、200℃、1kg/cm2、45secでプレスを行い、コーティングワイヤーを光起電力素子上に接着した。これにより太陽電池を得た。
以上の方法で、太陽電池10個作製した。
得られた10個の太陽電池について、初期特性を、シミュレータを用いて測定し、変換効率を求めたところ、9.5%±0.03%であり、実施例1と同様に良好な特性でばらつきも少なかった。また、シリーズ抵抗も平均32Ωcm2であり良好な値であった。
しかしながら、外観に関しては、ほとんどの太陽電池のコートワイヤーが図6(b)に示すように蛇行して接着されてしまった。
実施例1と比較例1を比較することにより、本発明の効果が明らかであることがわかる。
【0019】
【表1】

Figure 0004046819
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特性的に全く問題がなく、かつ外観も良好な光起電力素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の被覆層を設けた集電電極の構成を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明のアモルファスシリコン系光起電力素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明の真空加熱装置を模式的に示す断面図である。
【図4】光起電力素子に、コートワイヤー両端を固定した状況を示す模式図である。
【図5】実施例1に係る光起電力素子の製造方法の概略図である。
【図6】比較例1に係る光起電力素子の製造方法の概略図、および集電電極の形成状態を示す概略図である。
【符号の説明】
100,402,500,503 コーティングワイヤー
101 金属ワイヤー
102 バリヤ層
103 接着層
201 基板
202 下部電極
203,213,223 n型半導体層
204,214,224 i型半導体層
205,215,225 p型半導体層
206 透明導電膜
207 集電電極
301 加熱板兼下部チャンバー
302 ヒーター
303,401 光起電力素子
304,308 排気口
305 樹脂シート1
306 樹脂シート2
307 上部チャンバー
403 粘着性材料
501 エッチングライン
502 両面テープ
504 バスバー[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic device.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART A photoelectric conversion element (photovoltaic element) that generates an electromotive force by making light incident is used in various fields. In particular, in recent years, it has been used as a solar cell as a source of clean energy because of increasing interest in environmental problems.
As such solar cells, crystalline solar cells using single crystal silicon or polycrystalline silicon, amorphous solar cells using amorphous silicon, and compound semiconductor solar cells are known. .
Among these solar cells, amorphous silicon solar cells, although the conversion efficiency is not as good as that of crystalline solar cells, can be manufactured at low cost, can easily be increased in area, and operate with thin films because of their large light absorption coefficient. It has been noticed, researched, and actually used because it has excellent characteristics not found in crystalline solar cells. However, it has not yet spread. One reason is that the manufacturing cost is relatively high. Solutions to this problem include: (i) efficient use of the power generation area, (ii) reduction of connection member costs by reducing the number of connection points, and reduction of labor costs for connection, and (iii) of the photoelectric conversion layer Reduction of manufacturing costs. In order to achieve these items, it is essential to increase the area of the solar cell.
By the way, as a configuration of an amorphous silicon solar cell, for example, a structure in which a back electrode, a semiconductor layer, and a light receiving surface electrode are deposited in this order on a conductive substrate made of stainless steel or the like is known. It is formed of a transparent conductive oxide. Further, a current collecting electrode for collecting current is formed on the surface of the light receiving surface electrode. Since the current collecting electrode is provided on the light incident surface side of the solar cell, the area of the current collecting electrode becomes a so-called shadow loss, and the effective area contributing to power generation of the solar cell is reduced. For this reason, a current collection electrode is formed in a comparatively thin shape.
[0003]
In particular, as described above, when the area of the solar cell is increased for the purpose of cost reduction, the length of the collecting electrode is also increased. It is required to design the cross-sectional shape.
As a material that satisfies this requirement, for example, as disclosed in US Pat. No. 4,260,429, an electrode in which a metal wire is coated with a polymer containing conductive particles has been proposed. According to the proposal, since a metal wire such as copper having good conductivity is used, even when a long collecting electrode is formed, the electrical resistance loss is small, and the aspect ratio can be 1: 1, so the shadow loss is also small. be able to.
In addition, in the above-mentioned US Patent Publication, it is described that a wire can be bonded by a simple method using a conductive adhesive disposed around a coated wire, for example, a method of bonding by heat or pressure. Is shown, but no specific device or technique is shown.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-335921 discloses a method using heat and pressure for installing a metal wire covered with at least one layer of a conductive adhesive on a photovoltaic element. According to the method described in the publication, heat / pressure can be uniformly applied to a metal wire that can serve as a collecting electrode, and the adhesion loss can be improved and at the same time the shadow loss can be reduced.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the method described in the above-mentioned publication, adhesion is performed by heating / pressurization in a state where the covering wire is placed on the collecting electrode forming position of the photovoltaic element. In this method, both ends are completely fixed. When the coated wire is thermally expanded at the time of heating, there is a problem that the length becomes longer than a desired wire length and a meandering phenomenon of the wire occurs.
Moreover, there is also a problem that the appearance obtained thereby is impaired. In an extreme case, the meandering wire protrudes from the predetermined region and is adhered to the outside of the effective region of the solar cell, which may cause a characteristic problem that the solar cell is short-circuited. is there.
An object of the present invention is to overcome these problems and provide a method for producing a photovoltaic device having a good appearance and excellent production stability.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, which solves the above-mentioned problems in the prior art and achieves the above object, is a method for producing a photovoltaic device having a current collecting electrode made of a metal wire coated with a conductive resin. Only the both ends of the wire are fixed to a part of the photovoltaic element, and then the whole part of the metal wire is bonded onto the photovoltaic element surface while the metal wire is thermally expanded by heating and pressurization. It is characterized by that. The photovoltaic element has flexibility.
The both ends of the metal wire are fixed to the photovoltaic element using an adhesive material. As the adhesive material, a double-sided tape is preferably used. The heat treatment after fixing the metal wire to the photovoltaic element using the adhesive material is performed in the range of 150 ° C. from the softening temperature of the conductive resin layer covering the metal wire. Moreover, the pressure treatment after fixing as described above is 1 kg / cm. 2 To 10kg / cm 2 It is performed by pressurization in the range of
[0006]
[Action]
As a result of the examination by the present inventors, as described above in the prior art, the meandering phenomenon of the wire is caused by heating / heating with both ends of the wire of a desired length completely fixed. It has been found that there is a cause in that the wire is thermally expanded and adhered to the photovoltaic element in a state where the length is extended by performing the pressure.
As a result of investigations by the present inventors through experiments to solve these problems, it has been found that the following effects can be obtained according to the present invention having the above-described configuration.
(1) Both ends of a metal wire shorter than the desired length are fixed to the photovoltaic element, and then heated and pressurized to bond the metal wire in a state of being stretched to a desired length by thermal expansion. And the excess of the wire will not come out. As a result, the meandering phenomenon of the wire can be prevented.
(2) Since the photovoltaic element itself is flexible, the photovoltaic element is curved when fixing both ends of a metal wire shorter than the desired length to a part of the photovoltaic element. Therefore, the desired state can be easily fixed.
(3) By fixing both ends of the metal wire with an adhesive material, when fixing a plurality of metal wires, the length variation of the metal wires can be absorbed by the viscosity.
(4) Since the adhesive material is a double-sided tape, the manufacturing process can be simplified.
(5) Since the heat for fixing the metal wire is in the range of the softening temperature of the conductive resin layer to 150 ° C., excessive spreading of the conductive adhesive can be suppressed, and high characteristics with small shadow loss. The photovoltaic element can be obtained.
(6) The pressure for fixing the metal wire is 1 kg / cm 2 To 10kg / cm 2 By setting it as this range, while being able to suppress the excessive spread of a conductive adhesive material, the stable adhesive strength can be obtained.
[0007]
Embodiment Example
In the following, embodiments of the present invention will be described. The present invention is not limited to these exemplary embodiments.
[0008]
[Collector electrode]
FIG. 1 shows a metal wire 100 coated with a conductive resin layer. The metal wire 101 that constitutes the current collecting electrode 100 is preferably one that is industrially stably supplied as a wire, and the material of the metal body that forms the metal wire has a specific resistance of 10 -Four It is desirable to use a metal of Ωcm or less. For example, materials such as copper, silver, gold, platinum, aluminum, molybdenum, and tungsten are preferably used because of their low specific resistance. Among these, copper is desirable because it has low electrical resistance and is inexpensive. The metal wire may be an alloy of these metals.
If desired, a thin 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, for example, silver, palladium, an alloy of silver and palladium, a noble metal that is not easily corroded such as gold, or a metal having good corrosion resistance such as nickel or tin can be used. Especially, since gold, silver, and tin are not easily affected by humidity and the like, they are preferably used as the metal layer. As a method for forming the metal layer, for example, a plating method or a cladding method is preferably used. Moreover, you may coat the conductive resin produced by disperse | distributing the said metal to resin as a filler. The thickness of the coat 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 suitable. The specific resistance of the metal layer is 10 in consideration of the effect of electrical continuity, corrosion resistance, and metal layer thickness. -6 Ωcm or more and 100 Ωcm or less is suitable.
The cross-sectional shape of the metal wire is preferably circular, but it may be rectangular and is appropriately selected as desired. The diameter of the metal wire is selected and set so that the sum of the electrical resistance loss and the shadow loss is minimized. Specifically, for example, a copper wire having a diameter of 25 μm to 1 mm is preferably used. It is done. More preferably, an efficient photovoltaic device can be obtained by setting the thickness to 25 μm to 200 μm. If it is thinner than 25 μm, the wire is easily cut and difficult to manufacture, and the electrical loss increases. On the other hand, when the thickness is 200 μm or more, the shadow loss becomes large, or the surface of the photovoltaic element becomes large, so that the filler such as EVA must be thickened when the surface is covered.
The metal wire can be produced by molding to a desired diameter with a known wire drawing machine. The metal wire that has passed through the wire drawing machine is hard, but may be annealed by a known method according to desired properties such as easiness of elongation and easiness of bending, and may be made soft.
[0009]
In the present invention, as the conductive resin for coating the metal wire, one obtained by dispersing conductive particles and a polymer resin is used. The polymer resin is preferably a resin that easily forms a coating on a metal wire, has excellent workability, has flexibility, and has excellent weather resistance. Specifically, a thermosetting resin such as a urethane resin, an epoxy resin, a phenol resin, a polyvinyl formal resin, an alkyd resin, or a resin obtained by modifying these can be used as a suitable material. In particular, urethane resins, epoxy resins, and phenol resins are used as insulating coating materials for enameled wires, and are excellent materials in terms of flexibility and productivity. Moreover, it is also suitably used as a current collecting electrode material for photovoltaic elements in terms of moisture resistance and adhesiveness.
In addition, thermoplastic resins such as butyral resin, phenoxy resin, polyamide resin, polyamideimide resin, melamine resin, butyral resin, acrylic resin, styrene resin, polyester resin, and fluororesin can also be used. Among these, butyral resin, phenoxy resin, polyamide resin, and polyamideimide resin are excellent materials in terms of flexibility, moisture resistance, and adhesiveness, and are suitably used as the material for the collecting electrode of the photovoltaic element.
The conductive particles are pigments for imparting conductivity, and specific materials include carbon black, graphite, and the like. 2 O Three , TiO 2 , SnO 2 , ITO, ZnO, and oxide semiconductor materials obtained by adding an appropriate dopant to the above materials are preferably used. 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, and a desired specific resistance cannot be obtained. For these reasons, the average particle size of the conductive particles is preferably 0.02 μm to 15 μm. Further, two or more different kinds of conductive particles may be mixed to adjust the specific resistance and the degree of dispersion in the conductive resin. In addition, ITO, In 2 O Three , TiO 2 , SnO 2 Translucent property may be imparted by using a material such as ZnO. Among these, particularly high translucency can be achieved by using ITO.
[0010]
The conductive particles and the polymer resin are mixed at a suitable ratio in order to obtain a desired specific resistance, but when the conductive particles are increased, the specific resistance is lowered, but the ratio of the resin is reduced, so that the coating film is used as a coating film. Stability deteriorates. Further, when 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, conductive particles, and desired physical property values. Specifically, a favorable specific resistance can be obtained by setting the conductive particles to about 5% to 95% by volume. The specific resistance of the conductive resin is a resistance that can be ignored for collecting the current generated by the photovoltaic element, and it is necessary to have an appropriate resistance value so as not to cause a shunt. Specifically, about 0.01 to 100 Ωcm is preferable. This is because the barrier function for preventing shunts decreases when the resistance is 0.01 Ωcm or less, and the electrical resistance loss increases when the resistance is 100 Ωcm or more. When mixing the conductive particles and the polymer resin, an ordinary dispersing device such as a three-roll mill, a paint shaker, or a bead mill can be used. In order to improve the dispersion, a known dispersant may be added as desired. Further, it may be diluted with an appropriate solvent for adjusting the viscosity of the conductive resin during or after dispersion.
[0011]
In the present invention, in the configuration of the current collecting electrode 100 shown in FIG. 1, the first resin layer 102 provided in contact with the metal wire 101 prevents moisture from penetrating into the metal wire and The barrier layer has a function of preventing corrosion and preventing metal ion migration from the metal wire. As the polymer resin contained in the conductive resin constituting the first resin layer, a resin having relatively little moisture permeability among the above-described resins is preferably used. That is, a urethane resin, an epoxy resin, a phenol resin, or a thermosetting resin obtained by modifying these is preferable. These resins are preferably sufficiently cured after coating. The thickness of the first resin layer 102 varies depending on the diameter of the metal wire 101 and desired characteristics. For example, if the metal wire 101 is 100 μm, the first resin layer 102 has no pinhole and functions as a barrier layer. It is preferably about 1 to 15 μm in order to be sufficient and prevent shadow loss from occurring extremely. When the thickness is 1 μm or less, it is difficult to coat uniformly, pinholes are generated, and the function as a barrier layer becomes insufficient. On the other hand, if the thickness is 15 μm or more, the coating layer is easily peeled off or the shadow loss becomes too large, which is not preferable.
The second resin layer 103 is an adhesive layer having a function of adhering and fixing the collecting electrode to the semiconductor layer or the transparent electrode and a function of collecting current. As the polymer resin contained in the conductive resin constituting the second resin layer 103, a resin having good adhesion and good flexibility among the above-described resins is preferably used. That is, a urethane resin, an epoxy resin, a phenol resin, or a thermosetting resin or a thermoplastic resin obtained by modifying these can be used as a suitable material. In particular, a urethane resin is preferably used because it is a resin that easily adjusts the crosslinking density. These resins are preferably left in an uncured state after coating, and are cured after undergoing an adhesion process. Therefore, it is preferable that the curing agent used for the curing is a blocked isocyanate. The blocked isocyanate has a mechanism in which curing proceeds by heating to the dissociation temperature of the isocyanate group of each blocked isocyanate. Therefore, by drying at a temperature lower than the dissociation temperature, the contained solvent is completely removed, and the tackiness and tackiness are lost, so that the coil can be wound on a reel and stored. Moreover, since the curing does not proceed unless heat higher than the dissociation temperature of the isocyanate is applied during storage, a uniform and sufficient adhesive force can be obtained when forming the collecting electrode.
The thickness of the second resin layer 103 varies depending on the diameter of the metal wire 101. For example, if the metal wire 101 is 100 μm, the second resin layer 103 has no pinhole, has a sufficient function as an adhesive layer, and is a shadow. A thickness of about 5 to 30 μm is preferable in order not to cause loss extremely.
As a method for coating the metal wire with the conductive resin, a normal enameled wire coating method can be preferably used. Specifically, the conductive resin has an appropriate viscosity. Then, the metal wire is coated with a roll coater or the like, passed through a die for forming a desired thickness, and then dried and thermally cured in a heating furnace.
In FIG. 1, the case where the barrier layer (102) and the adhesive layer (103) made of a conductive resin are formed around the metal wire 101 has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the adhesive layer (103) may be directly formed.
[0012]
[Photovoltaic element]
As the photovoltaic element used in the present invention, a single crystal, polycrystalline or amorphous silicon-based photovoltaic element (solar cell), a photovoltaic element (solar cell) using a semiconductor other than silicon, a Schottky junction type It can be a photovoltaic element (solar cell). However, below, the case of an amorphous silicon photovoltaic element (solar cell) is demonstrated among these photovoltaic elements.
2A to 2C are schematic cross-sectional views of an amorphous silicon-based photovoltaic element (solar cell) in which light is incident from the side opposite to the substrate. In the figure, 201 is a substrate, 202 is a lower electrode, 203, 213 and 223 are n-type semiconductor layers, 204, 214 and 224 are i-type semiconductor layers, 205, 215 and 225 are p-type semiconductor layers, and 206 is a transparent conductive film. , 207 represent current collecting electrodes.
In the case of the amorphous silicon-based photovoltaic element (solar cell) shown in FIG. 2, that is, a thin-film photovoltaic element (solar cell), the substrate 201 is required, and the substrate is an insulating or conductive substrate. Used. A metal substrate such as stainless steel or aluminum is preferably used as the conductive substrate, and also serves as a back electrode. When an insulating substrate such as glass, polymer resin, or ceramic is used, a metal such as chromium, aluminum, or silver is vapor-deposited on the substrate to form a back electrode. The lower electrode 202 is one electrode for taking out the electric power generated in the semiconductor layers 203, 204, 205, 213, 214, 215, 223, 224, and 225, and works to be in ohmic contact with the semiconductor layer 203. It is required to have a function. As the constituent material of the lower electrode, metals such as Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo, W, Fe, V, Cr and Cu; for example, alloys of these metals such as nichrome; SnO 2 , In 2 O Three , ZnO, ITO and other transparent conductive oxides (TCO). The surface of the lower electrode 202 is preferably smooth, but may be textured when causing irregular reflection of light. Further, when the substrate 201 is conductive, the lower electrode 202 is not necessarily provided. The lower electrode 202 can be formed by a known method such as plating, vapor deposition, or sputtering.
The amorphous silicon semiconductor layer is not only a single structure (see FIG. 2A) having an n layer 203, an i layer 204, and a p layer 205, but also a double structure in which pin junctions or pn junctions are stacked (see FIG. 2B). A triple configuration (see FIG. 2C) is also preferably used.
In particular, as a semiconductor material constituting the i layers 204, 214, and 224, in addition to a-Si, so-called group IV and group IV amorphous silicon semiconductors such as a-SiGe and a-SiC can be cited. As a method for forming the amorphous silicon semiconductor layer, a known method such as an evaporation method, a sputtering method, a high-frequency plasma CVD method, a microwave plasma CVD method, an ECR method, a thermal CVD method, or an LPCVD method is used as desired. As the film forming apparatus, a batch type apparatus or a continuous film forming apparatus can be used as desired.
The transparent conductive film 206 is necessary when the semiconductor layer has a high sheet resistance like amorphous silicon, and needs to be transparent in order to be positioned on the light incident side. The material of the transparent conductive film 206 is SnO 2 , In 2 O Three , ZnO, CdO, CdSnO Four Metal oxides such as ITO are used.
[0013]
【Production method】
An example of an apparatus suitable for carrying out the method for producing a current collecting electrode of the present invention is shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a heating apparatus using a vacuum system. In FIG. 3, 301 is a heating plate and lower chamber, 302 is a heater, 303 is a photovoltaic device, 304 is an exhaust port disposed in the lower chamber 301, 305 is a resin sheet 1, 306 is a resin sheet 2, and 307 is An upper chamber 308 indicates an exhaust port disposed in the upper chamber. In the apparatus of FIG. 3, the photovoltaic element 303 is heated by the heating plate / lower chamber 301, and at the same time, the pressure is applied by the resin sheets 1 and 2 to perform bonding.
The heating plate / lower chamber 301 is for heating the photovoltaic element. A thermocouple (not shown) is installed in the heating plate / lower chamber, and a control system (not shown) for performing temperature control by feeding back the temperature measured by the thermocouple is provided.
A heater 302 is disposed below the heating plate / lower chamber 301, and the heat of the heater 302 is transmitted to the photovoltaic element 303 through the heating plate / lower chamber 301.
The upper chamber 307 can move up and down, and two resin sheets 305 and 306 are installed in the lower part thereof.
At the same time that the photovoltaic element 303 is placed on the heating plate 301, the upper chamber 307 starts to descend, and the periphery is sealed at the descending end, and the photovoltaic element is surrounded by a heating plate and a resin film. A space is formed. At that step, air is drawn from the exhaust port 304 of the heating plate / lower chamber 301 and the sealed space is evacuated, so that the resin sheets 305 and 306 pressurize the collecting electrode of the photovoltaic element in the element direction. The current collecting electrode is adhered on the element.
The resin sheet 305 is for maintaining a vacuum and applying a uniform pressure, and a film having excellent heat resistance and durability is used. Specifically, materials having elasticity such as silicon rubber, fluorine rubber, neoprene rubber, etc. are preferably used. The thickness of the resin sheet 305 is designed as desired, but is preferably about 500 μm to 2 mm.
The resin sheet 306 prevents the conductive adhesive of the collecting electrode from adhering to the resin sheet 305 and prevents oil or the like that comes out when the resin sheet 305 is heated from adhering to the photovoltaic element. For prevention, it is used as desired. Specifically, a known polymer film such as PTFE, ETFE, or PFA having a thickness of about 100 μm is used. Further, in order to improve the strength, these materials may be impregnated with glass fibers.
[0014]
The pressure applied to the collecting electrode is determined by the degree of vacuum around the photovoltaic element and the hardness of the resin film, but the pressure described here is the pressure applied immediately above the collecting electrode, The value is 1.0-5kg / cm 2 Is desirable. 1.0 kg / cm 2 In the following cases, there is a problem that the conductive adhesive softened by heat is not pressurized so much that the adhesion area with the photovoltaic element is reduced and the series resistance is increased. 5kg / cm 2 In the above case, there is a problem that the conductive adhesive softened by heat is excessively crushed and spreads widely, resulting in a large shadow loss.
The heating temperature of the collecting electrode is preferably in the temperature range from the softening temperature of the conductive adhesive to 150 ° C. In this temperature range, the spread of the adhesive is further suppressed, and a high-performance photovoltaic element with small shadow loss can be obtained.
As the length of the metal wire when forming the current collecting electrode, a metal wire having a length shorter than a desired length is used. The degree of shortness is determined by the thermal expansion coefficient of the wire material used, the thermal expansion coefficient of the photovoltaic element material, and the heating temperature, and is designed to have a desired length during thermal expansion.
In the case where the photovoltaic element has flexibility, when a metal wire shorter than the desired length is fixed to a part of the photovoltaic element, for example, as shown in FIG. In FIG. 4, 401 is a photovoltaic element, 402 is a metal wire, and 403 is an adhesive material. Since the metal wire shorter than the desired length is fixed, the photovoltaic element is deformed into a concave shape. By applying heat and pressure from this state, the metal wire is bonded in a state of being expanded by thermal expansion, so that a collector electrode having a desired length can be obtained.
[0015]
[Adhesive material]
About the adhesive material used in this invention, the function to fix the current collection electrode which consists of metal wires is required. Examples of the adhesive material include acrylic, rubber, silicone, polyvinyl ether, epoxy, polyurethane, nylon, polyamide, inorganic, and composite adhesives. Among these adhesives, acrylic adhesives and silicone adhesives are suitably used, particularly those having excellent adhesion, tack, holding power, electric resistance, moisture resistance and the like.
Furthermore, in order to improve workability and mass productivity, it is also possible to use a pressure-sensitive adhesive tape or a double-sided pressure-sensitive adhesive tape having a structure in which a base material and the above adhesive are stacked. As the base material at that time, heat resistance when the current collecting electrode is formed by heating is required. For example, polyimide, PET, or the like is used.
[0016]
【Example】
The following examples further illustrate the present invention in detail but are not to be construed to limit the scope thereof.
[0017]
[Example 1]
In this embodiment, the case where the photovoltaic element is an amorphous silicon photovoltaic element (solar cell) using a stainless steel substrate will be specifically described with reference to FIG.
As a substrate for a photovoltaic element, a rolled stainless steel substrate made of a stainless steel foil having a thickness of 0.15 mm with a cleaned surface was prepared. A photovoltaic element having a pin / pin structure was formed on the surface of the stainless steel substrate by the known plasma CVD method under the conditions shown in Table 1. A photovoltaic device 500 (239 cm × 356 cm) was produced by cutting a rolled stainless steel substrate on which a photovoltaic device having a pin / pin structure was formed. The following processing was sequentially performed on the photovoltaic element 500.
(1) An ITO etching material (FeCl Three ) After the printed paste was screen-printed as in pattern 501 (FIG. 5A) and washed with pure water, a portion of the ITO layer was etched to ensure electrical separation between the upper and lower electrodes. .
(2) A double-sided tape 502 having a thickness of 200 μm (manufactured by Toyo Ink Co., Ltd., base material polyimide / PET composite, adhesive material silicon system) is shown immediately outside the etching region of the photovoltaic device 500 as shown in FIG. Affixed to
(3) Coated wire 503 (copper wire having a diameter of 100 μm, coated with carbon paste having a volume resistivity of 0.5 Ωcm with a thickness of 20 μm and dried), carbon paste is urethane resin (softening temperature Carbon black is dispersed at about 100 ° C. and diluted with IPA and ethyl acetate) is cut to a length of 354.7 cm and pasted on a double-sided tape 502 as shown in FIG. . At the time of pasting, the photovoltaic element 500 was first placed on a jig for fixing in a concave, and pasted while applying a little tension in order to stick the coated wire without sagging.
(4) As a bus bar for further collecting electricity from the coating wire 503, a silver-plated copper 504 (a copper foil having a thickness of 100 μm and a silver plating of about 1 μm on both sides) is fixed to the coating wire 503 Affixed on the double-sided tape 502 (FIG. 5D).
(5) Using the vacuum heating apparatus shown in FIG. 3, heating and pressing were performed, and the coating wire 503 was bonded onto the photovoltaic element 500. In this case, the temperature on the electrode formation surface was set to 200 ° C., and pressing was performed at a pressure of 1 kg / cm for 45 seconds.
Thereby, a solar cell was obtained. Ten solar cells were produced by the above method.
For the 10 solar cells obtained, the initial characteristics are 100 mW / cm in the AM1.5 global solar spectrum. 2 When the conversion efficiency was measured using a pseudo solar light source (hereinafter referred to as a simulator) having a light quantity of 9.5% ± 0.03%, the characteristics were good and there was little variation. Series resistance is also 32 Ωcm on average 2 It was a good value.
In any of the solar cells, the coated wire was adhered in a straight line, and no distortion was observed, and the appearance was good. Moreover, when the length of the coating wire was measured, it was about 355.0 cm, and it was found that the coating wire was bonded in an extended state from the initial length. Moreover, the desired length of 355.0 cm could be achieved.
[0018]
[Comparative Example 1]
This example is different from Example 1 in that a coated wire having a length of 355 cm is used instead of using a coated wire having a length of 354.7 cm.
The same procedure as in Example 1 was performed until the double-sided tape was applied, and then the same coating wire as used in Example 1 was cut to a length of 355.0 cm, as shown in FIG. 6 (a). Affixed on tape. At the time of pasting, unlike Example 1, the pasting was performed on a plane without making the photovoltaic element concave. However, in order to eliminate sagging, it was applied with some tension applied. Next, after attaching silver-plated copper as a bus bar in the same manner as in Example 1, 200 ° C., 1 kg / cm 2 Then, pressing was performed for 45 seconds, and the coating wire was bonded onto the photovoltaic element. Thereby, a solar cell was obtained.
Ten solar cells were produced by the above method.
For the 10 solar cells obtained, the initial characteristics were measured using a simulator and the conversion efficiency was determined to be 9.5% ± 0.03%, which was as good as in Example 1. There was little variation. Series resistance is also 32 Ωcm on average 2 It was a good value.
However, with respect to the appearance, most of the coated wires of the solar cell have been meandered and bonded as shown in FIG.
By comparing Example 1 with Comparative Example 1, it can be seen that the effect of the present invention is clear.
[0019]
[Table 1]
Figure 0004046819
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to easily manufacture a photovoltaic device having no problem in characteristics and having a good appearance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a collecting electrode provided with a coating layer of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of an amorphous silicon-based photovoltaic element of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a vacuum heating apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a situation where both ends of a coated wire are fixed to a photovoltaic element.
5 is a schematic view of a method for producing a photovoltaic element according to Example 1. FIG.
6 is a schematic view of a method for producing a photovoltaic element according to Comparative Example 1 and a schematic view showing a state of forming a collecting electrode. FIG.
[Explanation of symbols]
100, 402, 500, 503 Coating wire
101 metal wire
102 Barrier layer
103 Adhesive layer
201 substrate
202 Lower electrode
203, 213, 223 n-type semiconductor layer
204, 214, 224 i-type semiconductor layer
205, 215, 225 p-type semiconductor layer
206 Transparent conductive film
207 Current collecting electrode
301 Heating plate and lower chamber
302 heater
303,401 Photovoltaic element
304,308 Exhaust port
305 Resin sheet 1
306 Resin sheet 2
307 Upper chamber
403 Adhesive material
501 Etching line
502 Double-sided tape
504 Busbar

Claims (6)

導電性樹脂層を被覆した金属ワイヤーからなる集電電極を有する光起電力素子の製造方法において、所望長さよりも短い該金属ワイヤーの両端部のみを光起電力素子の一部に固定する工程と、加熱および加圧にて前記金属ワイヤーを熱膨張させながら前記金属ワイヤーを光起電力素子面上に接着する工程とを含むことを特徴とする光起電力素子の製造方法。In the method for manufacturing a photovoltaic element having a current collecting electrode made of a metal wire coated with a conductive resin layer, a step of fixing only both ends of the metal wire shorter than a desired length to a part of the photovoltaic element; And a step of adhering the metal wire on the surface of the photovoltaic device while thermally expanding the metal wire by heating and pressurizing. 前記光起電力素子が可撓性を有することを特徴とする請求項1に記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein the photovoltaic element is flexible. 前記両端部の固定が、粘着性材料を使用して行われることを特徴とする請求項1または2に記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 1, wherein the both ends are fixed using an adhesive material. 前記粘着性材料が、両面テープであることを特徴とする請求項3に記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to claim 3, wherein the adhesive material is a double-sided tape. 上記金属ワイヤーを固定するための熱が、導電性樹脂層の軟化温度から150℃以内の範囲であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to any one of claims 1 to 4, wherein heat for fixing the metal wire is within a range of 150 ° C or less from a softening temperature of the conductive resin layer. 上記金属ワイヤーを固定するための圧力が、1kg/cm2以上10kg/cm2以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光起電力素子の製造方法。The method for manufacturing a photovoltaic element according to any one of claims 1 to 4, wherein a pressure for fixing the metal wire is 1 kg / cm 2 or more and 10 kg / cm 2 or less.
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