JP4633201B1 - 太陽電池システムにおける直列接続の付与方法 - Google Patents

太陽電池システムにおける直列接続の付与方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、透明な導電性酸化物層、光起電層および裏面電極を含む太陽電池システムの提供を含む、太陽電池システムにおける直列接続の付与方法であって、上記システムは少なくとも２の個別の電池に分割され、１の電池の透明な導電性酸化物層が、隣接する電池の裏面電極と導電性相互接続部によって接続され、透明な導電性酸化物層は上記相互接続部の一方の側に絶縁性遮断部を付与され、裏面電極は上記相互接続部の他方の側に遮断部を付与されているところの方法において、上記透明な導電性酸化物層における上記遮断部が、上記透明な導電性酸化物層のガラス化によって付与されることを特徴とする方法に関する。また、ＴＣＯ層における遮断部がＴＣＯのガラス化された部分からなるところの直列接続を付与された太陽電池システムにも関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池システムにおける直列接続の付与方法および直列に接続された太陽電池を含む太陽電池システムに関する。
光電池としても知られる太陽電池は一般に、担体ならびに、透明な導電性酸化物（ＴＣO）を含む（電池の受光側の）表面電極と（電池の裏面の）裏面電極との間に与えられた、半導体物質からなる光起電（ＰＶ）層を含む。表面電極は透明であり、入射光が半導体物質に到達することを可能にし、ここで入射光の放射が電気エネルギーに変換される。このようにして、光が、電流を発生するために使用され得、例えば化石燃料や原子力の興味深い代替を提供する。
太陽電池の最大電圧は、電池の組成によって、特に半導体物質の性質によって、および入射光の強度によって決定される。太陽電池の表面積が増加すると、より多くの電力が生じるが、電圧は同じままである。電圧を高めるために、太陽電池はしばしば、個々のサブ電池に分割され、それらは直列に接続されて太陽電池システムを形成する。これは、１つの電池の表面電極と別の電池の裏面電極との間に導電接触（相互接続としても示される）を確立するとともに、短絡を防ぐように、上記表面電極および上記裏面電極を各々、相互接続部とは異なる側で遮断することによりなされる。これは、例えばレーザーを使用してまたはエッチングや他のパターン形成方法によって、太陽電池電極層に溝を設けることにより行うことができる。太陽電池においてエネルギーを生じない領域を最小にするために、相互接続部および遮断部は、できるだけ互いに接近していなければならず、また、相互接続部および遮断部は、できるだけ狭くなければならない。
従来知られている一実施態様では、直列接続が以下のように行われる。（ガラス）基板上に被着される透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）層に平行な溝のパターンが形成され、これが表面電極における遮断部を形成する。ＴＣＯ層の上に被着される光起電（ＰＶ）層にも平行な溝のパターンが形成され、これは１つの電池の表面電極と隣接する電池の裏面電極との間の相互接続部のためのベースを形成する。次いで、裏面電極が上記ＰＶ層上に被着され、そして、遮断部を形成するための溝のパターンが形成される。相互接続部はＰＶ層における溝に沈着された裏面電極物質によって形成される。
太陽電池システムにおける直列接続を製造するための別の方法は、P. Pernetら、Proc. 2nd World Conference PV、ウィーン、１９９８年７月に提案されている。その方法によれば、金属裏面電極、光起電層およびＩＴＯまたはＺｎＯ表面電極を基板上に被着した後、深さの異なる３種類の溝が、選択的レーザースクライブを使用して１工程で付与される。基板に至る最も深い溝は、絶縁性化合物で満たされて裏面電極における遮断部を形成する。金属裏面電極に至る二番目に深い溝は、導電性ペーストで満たされ、それは、最も深い溝における絶縁性ペーストと重なって相互接続部を形成する。光起電層に至る最も浅い溝は、表面電極における遮断部である。
国際公開ＷＯ２００３／００１６０２は、仮の基板を使用する方法によって直列接続を付与された太陽電池を製造する方法を記載している。上記方法は、特に、最終の太陽電池システムの光入射側から透明な導電性酸化物表面電極を通る溝を付与する工程を含む。
上述したように、直列接続を付与するための方法では、１つの太陽電池の表面電極と他の電池の裏面電極との間の相互接続部の各側で電極を遮断して短絡を防ぐことがいつも必要である。多くの方法では、これは、透明な導電性酸化物の層（ＴＣＯ層としても示される）である表面電極を通る溝の付与を含み、上記溝は次いで、絶縁性物質で満たされる。
一般にレーザーを使用して行われるところの、ＴＣＯ層を通る溝を付与することは、多くの欠点を有する。
第一に、ＴＣＯ層に溝をスクライブすることは、ＴＣＯ層の下にある物質に損傷を生じ得る。この物質からの破片は、例えば下にある物質が金属基板であるならば金属であり得、それは、太陽電池システムを汚染し得、例えば短絡を引き起こす。これは、溝がＴＣＯ層にそのまま施与されるときにも、またスクライブ工程が、ＴＣＯ層を覆う層、例えば光起電層および所望により裏面電極層、を通って行われるときにも当てはまり得る。基板への損傷はそのまま、システムの特性にも不利な影響を及ぼし得る。同じことが、溝が付与されるときにＴＣＯ層が光起電層の上に存在するときにも当てはまる。ＴＣＯ層における溝の付与は、下にあるＰＶ層への損傷を生じ得る。
第二に、下方電極の下にある基板が仮の基板である場合には、下にある電極を通る絶縁性の溝が、システムの弱点を形成し得る。例えば、国際公開ＷＯ９８／１３８８２およびＷＯ９９／４９４８３は、例えばアルミニウム箔である仮の基板を提供する工程、上記仮の基板の上に透明な導電性酸化物層を表面電極として施与する工程、上記ＴＣＯ層の上に光起電層を施与する工程、上記光起電層の上に裏面電極層を施与する工程、上記裏面電極に担体を施与する工程、および上記仮の基板を除去する工程を含む、光起電箔を製造する方法を記載している。これらのシステムにおける直列接続の付与において、溝は、ＴＣＯ層を通って（および所望によりＰＶ層および存在するならば裏面電極を通って）仮の基板上へ施与され得、それは次いで、絶縁性物質で満たされる。次いで仮の基板が、例えばエッチング法によって除去されると、溝およびその中に存在する絶縁性物質がエッチング液と接触し、それは、直列接続に損傷を与え得る。
直列に接続された太陽電池を含む太陽電池システムの製造に横たわる一般的な問題は、プロセス工程数およびプロセス工程間での正確な再配置が、複雑でコストのかかる方法に向かうということである。
したがって、ＴＣＯ層を通る溝の付与が回避されるところの直列接続法が要求されている。また、仮の基板上に存在するＴＣＯ層を通る溝の付与が回避されるところの直列接続付与方法も要求されている。本発明は、そのような方法を提供する。本発明に従う方法の他の利点および具体的な実施態様は、下記の記載から明らかになるであろう。
本発明は、太陽電池システムにおける直列接続の付与方法に関する。上記方法は、透明な導電性酸化物層、光起電層および裏面電極を含む太陽電池システムの提供含み、上記システムは、少なくとも２の個別の電池に分割され、１の電池の透明な導電性酸化物層が、隣接する電池の裏面電極と導電性相互接続部によって接続され、透明な導電性酸化物層は上記相互接続部の一方の側に絶縁性遮断部を付与され、裏面電極は上記相互接続部の他方の側に遮断部を付与されており、上記方法は、上記透明な導電性酸化物層における上記絶縁性遮断部が、上記透明な導電性酸化物層のガラス化によって付与されることを特徴とする。
本発明はまた、透明な導電性酸化物層、光起電層および裏面電極を含む太陽電池システムに関する。上記システムは、少なくとも２の個別の電池を含み、１の電池の透明な導電性酸化物層が、隣接する電池の裏面電極と導電性相互接続部によって接続され、透明な導電性酸化物層が、上記相互接続部の一方の側に絶縁性遮断部を付与され、裏面電極が上記相互接続部の他方の側に遮断部を付与されているものであり、上記透明な表面電極における上記絶縁性遮断部が、ガラス化された透明な導電性酸化物からなることを特徴とする。なお、遮断部は、これがそのようなものとして特定されていてもいなくても、本来、常に絶縁性である。
図１は、本発明に従うシステムの一実施態様を示す図である。 図２は、本発明に従うシステムの別の実施態様を示す図である。 図３は、本発明に従うシステムのさらに別の実施態様を示す図である。 図４は、本発明に従うシステムのさらに別の実施態様を示す図である。 図５は、本発明に従うシステムのさらに別の実施態様を示す図である。
本発明の最重要点は、透明な導電性酸化物層（ＴＣＯ層としても示される）における遮断部が、ＴＣＯをガラス化することによって得られ得るという認識である。適する透明な導電性酸化物層は、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、アルミニウム、フッ素、ガリウムまたはホウ素でドープされた酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化スズ、金属スズ酸塩、例えばＺｎまたはＣｄスズ酸塩、およびＦ−ドープされたＳｎＯ２、Ｓｂ−ドープされたＳｎＯ２、ｐ−ドープされたＴＣＯ、例えばクプラート（cuprate）、例えばＳｒに基づくクプラートを包含する。
ガラス化プロセスは、透明な導電性酸化物を変えて透明な絶縁性遮断部を形成する。ガラス化プロセスは、ＴＣＯ層に、例えばレーザーを使用して、エネルギーを付与することによって行われ得る。ここで、付与されるエネルギーの量は、ＴＣＯ層をガラス化するのに十分であるが、上記層を切断するには不十分な量である。適切な波長を有するレーザーの選択を包含する適切なガラス化法の選択は、当業者の範囲内である。ＴＣＯが別の層によって覆われていないときにガラス化工程がＴＣＯ上で行われるところの一実施態様では、ＵＶレーザーが一般に適する。例えばトリプレットまたはクアドルプレットＮｄ（パルス）レーザーおよびエキシマー（パルス）レーザーが挙げられる。これらのレーザーによって放射される光は、ＴＣＯ層によって選択的に吸収され、それは、ＴＣＯ層のガラス化に導く。
ガラス化工程が行われるときにＴＣＯがシリコンＰＶ層および所望により裏面電極によって覆われているところの別の実施態様では、適切なガラス化プロセスは、「グリーン」（５３２ｎｍ）レーザーの使用を含む。このレーザーは、シリコン層を溶融する。シリコン層は熱をＴＣＯ層に運び、次いでＴＣＯ層はガラス化される。
一実施態様では、ガラス化プロセスが行われるときに、ＴＣＯ層が永久基板、例えばガラス基板または温度耐性で透明なポリマー基板、の上に存在する。本明細書の文脈内において、永久基板は、太陽電池の使用の準備ができる前に取り除かれないであろう基板である。別の実施態様では、ガラス化プロセスが行われるとき、例えば国際公開ＷＯ９８／１３８８２またはＷＯ９９／４９４８３に記載されたプロセスが使用されるときに、ＴＣＯ層が仮の基板上に存在する。本明細書の文脈内において、仮の基板は、太陽電池が使用に適する前にＴＣＯから取り除かれるであろう基板である。さらなる実施態様では、ガラス化プロセスが行われるときにＴＣＯ層が光起電層上にある。この実施態様はより小さく好ましくあり得る。
ガラス化プロセスは、ＴＣＯ層上でそのまま行われ得る。すなわち、エネルギーをＴＣＯ層に、例えば適切なレーザーを使用して、直接付与することによって行われ得る。
また、ガラス化工程を、例えば適切なレーザーを使用して、光起電層を通る溝を付与することと組み合わせることもできる。この場合には、レーザーによって付与されるエネルギーの量が、溝がＰＶ層を通って付与されるように、かつ同時にＰＶ層の下のＴＣＯ層をガラス化するのに十分であるように選択される。このプロセスは、シリコンベースのＰＶ層が使用されるときに特に有効である。適切なレーザーが選択されるとき、シリコンは良好なエネルギー吸収剤であるので、シリコン層は非常に熱くなり、それは、ＴＣＯ層のガラス化に寄与するであろう。
また、ガラス化工程を、例えば適切なレーザーを使用して、光起電層および裏面電極層を通る溝を付与することと組み合わせることも可能である。この場合にも、例えばレーザーによって付与されるエネルギーの量は、溝が裏面電極層を通ってかつＰＶ層を通って付与されるように、かつ同時にＰＶ層の下のＴＣＯ層をガラス化するのに十分であるように選択される。この実施態様では、裏面電極における絶縁性物質の上に「橋」を付与して、裏面電極に接続を付与することが一般に必要である。その理由のために、この実施態様はあまり好ましくないと考えられる。
直列接続が行われるやり方は、本発明には重要でない。一般に、直列接続は、１つの電池の表面電極と、隣接する電池の裏面電極とが、相互接続部において電気的に接続されるとともに、それらが互いに、上記相互接続部の異なる側で遮断されることを確実にすることによって確立される。
ＴＣＯ層における絶縁性遮断部は、ガラス化によって作られる。それは、遮断部の製造法に応じて、ＰＶ層におけるおよび所望により裏面電極を通る溝を伴い得る。これらの層に溝が存在するならば、溝は、絶縁性物質で満たされる。
裏面電極における遮断部は、一般に、レーザーを使用して溝を作り、その溝を絶縁性物質で満たすことにより施与される。それは、遮断部の製造法に応じて、ＰＶ層における溝を伴い得る。ＰＶ層に溝が存在するならば、溝は絶縁性物質で満たされるであろう。
溝が施与されるときに下にある層を保護するために、遮断性の溝が施与されるべき位置に絶縁性物質の細片が施与され得る。絶縁性物質は、下にある物質の溶融による短絡の形成を防ぐためのレーザー停止として作用するであろう。以下で論じられる実施態様のいくつかに関しては、絶縁性物質の細片の付与が明示的に記載されるが、細片は、他の実施態様でも施与され得る。絶縁性物質は、適用可能であるとき、ＴＣＯ層および／またはＰＶ層上に施与され得る。
相互接続部は、種々のやり方で確立され得る。それは、ＰＶ層を通る溝を施与し、それを導電性物質で満たすことにより確立され得る。溝は、ＴＣＯ層を通って、裏面電極層を通って、またはＴＣＯ層と裏面電極層の両方を通って伸びていてもいなくてもよい。これは、特に、溝が施与されるところのプロセス工程に依存するであろう。一実施態様では、ＰＶ層における溝を満たすために使用される導電性物質が裏面電極物質である。ＰＶ層がアモルファスＳｉ層であるならば、導電性接続部は、アモルファスＳｉ層を裏面電極と融合することによっても確立され得る。ＰＶ層がアモルファスＳｉ層であるならば、相互接続部はまた、Ｓｉを導電性物質に再結晶化させることによって確立され得る。しかし、このやり方はあまり好ましくない。ＴＣＯ層を通って相互接続のための溝を伸ばすことは、ＴＣＯ層の下にある層に損傷を与えないことが望ましいので、あまり好ましくないかもしれない。
相互接続部および遮断性の溝が施与される順番は重要ではなく、施与される特定のプロセスにおいて何が最も適切であるかに依存するであろう。
相互接続部および遮断部の幅は一般に、下記を考慮することによって決定される。相互接続部および遮断部の位置では、太陽電池が光を電気に変換することができない。これに鑑みて、相互接続部および遮断部は、できるだけ狭くなければならない。他方、所望の効果、十分な絶縁を有する異なる層の遮断および十分な導電性を有する表面および裏面の電極の接続が得られるのを確実にするために十分広くなければならない。
遮断部は一般に、２〜４００ミクロン、好ましくは５〜２５０ミクロンの幅を有する。相互接続部は一般に、０．１〜２００ミクロン、好ましくは５〜５０ミクロンの幅を有する。
個々の直列接続の遮断部と相互接続部との間の距離は、それらが異なる溝において存在する場合には、一般に５〜５００ミクロン、特に１０〜２５０ミクロンである。
遮断部が施与されるべき位置に施与され得る絶縁性物質の細片は、それが施与されるとき、細片の幅内での遮断性の溝の容易な付与を可能にするために十分広くあるべきである。一般に、細片は、２５〜１，０００ミクロン、好ましくは５０〜４００ミクロン、より好ましくは５０〜２００ミクロンの幅を有する。
本発明に従う方法およびシステムの種々の実施態様が意図され得る。
本発明の第一の実施態様は、下記工程を含む。
透明な永久基板または仮の基板のどちらかである基板（１）を用意すること、
上記基板上に透明な導電性酸化物層（２）を施与し、そして上記透明な導電性酸化物層の部分（ｖ）のガラス化を確実にすること、
上記ＴＣＯ層上に光起電層（３）（ＰＶ層）を施与し、そしてＰＶ層中にＴＣＯ層に至る溝を付与すること、
裏面電極層（４）を透明な導電性酸化物層に接続する相互接続部（６）を形成するようにＰＶ層上およびＰＶ層に存在する溝中に裏面電極層を施与し、そして裏面電極層中にＰＶ層に至る溝（ｂｇ）を付与すること、
裏面電極上に被覆層（５）を施与すること、および
基板（１）が仮の基板である場合には、仮の基板を取り除くこと。
この実施態様は、図１に示される。なお、重要なことは、本発明は、この図に示されるものにまたはこの図に示されるものによって限定されないことである。
本発明のさらなる実施態様は、下記の一般工程を含む。
透明な永久基板または仮の基板のどちらかである基板（１）を用意すること、
上記基板上に透明な導電性酸化物層を施与し、そして上記透明な導電性酸化物層の部分（ｖ）のガラス化を確実にすること、
上記ＴＣＯ層上に光起電層（３）（ＰＶ層）を施与すること、
ＰＶ層上に裏面電極層（４）を施与し、透明な導電性酸化物層上に、裏面電極およびＰＶ層を通る第一の溝を施与し、裏面電極層中にＰＶ層に至る第二の溝（ｂｇ）を付与し、そして第一の溝を導電性物質（６）で満たして相互接続部を形成すること、
裏面電極上に被覆層（５）担体を施与すること、および
基板（１）が仮の基板である場合には、仮の基板を取り除くこと。
この実施態様は、図２に示される。なお、重要なことは、本発明は、この図に示されるものにまたはこの図に示されるものによって限定されないことである。
本発明のさらなる実施態様は、下記の一般工程を含む。
透明な永久基板または仮の基板のどちらかである基板（１）を用意すること、
上記基板（１）上に透明な導電性酸化物層を施与すること、
上記透明な導電性酸化物層上に光起電（ＰＶ）層（３）を施与し；例えばレーザーの使用により、第一の溝の下の透明な導電性酸化物層の部分（ｖ）がガラス化されるような量のエネルギーを使用して上記透明な導電性酸化物層上にＰＶ層を通る上記第一の溝を付与し；例えばレーザーの使用により、第二の溝の下の上記透明な導電性酸化物層がガラス化されないような量のエネルギーを使用してＰＶ層を通る上記第二の溝を付与し；第一の溝を絶縁性物質（８）で満たし；所望ならば、絶縁性の細片を施与し；そして、ＰＶ層を通り上記透明な導電性酸化物層に至る導電性接続部（の前駆体）を確立すること、
ＰＶ層上に裏面電極（４）を施与し、裏面電極（４）中にＰＶ層に至るまたは存在するならば絶縁性の細片に至る溝を付与すること、
所望により、永久担体（５）を施与すること、および
基板（１）が仮の基板である場合には、仮の基板を取り除くこと。
この実施態様は、図３に示される。なお、重要なことは、本発明は、この図に示されるものにまたはこの図に示されるものによって限定されないことである。
この実施態様では、また本発明の他の実施態様でも、裏面電極（４）がＰＶ層上に施与され、裏面電極（４）中に、ＰＶ層に至るまたは存在するならば絶縁性の細片に至る溝が付与される。この溝の付与は、裏面電極を施与し、次いで溝を、例えばレーザーを使用して、付与することにより行われ得る。また、ＰＶ層上にリフトオフ（lift-off）化合物を施与し、次いでＰＶ層およびリフトオフ化合物上に裏面電極を付与し、次いでリフトオフ化合物を取り除くことも可能である。太陽電池での溝の付与におけるリフトオフ化合物の使用に関するさらなる情報については、国際公開ＷＯ２００８／０７４８７９が参照され、その関係部分は、引用することにより本明細書に組み入れられる。
上述したように、本発明は、透明な導電性酸化物層、光起電層、および裏面電極を含む太陽電池システムにも関する。上記システムは、少なくとも２の個別の電池に分割され、１つの電池の透明な導電性酸化物層が、隣接する電池の裏面電極と導電性相互接続部によって接続され、上記透明な導電性酸化物層は、上記相互接続部の一方の側に絶縁性の遮断部を付与され、上記裏面電極は、上記相互接続部の他方の側に遮断部を付与されているところのものであり、上記透明な導電性酸化物層における上記遮断部が、ガラス化された透明な導電性酸化物からなることを特徴とする。
一実施態様では、ＴＣＯ層におけるガラス化された遮断部が、遮断部の上のＰＶ層における絶縁性物質を伴う（例えば、図３）。別の実施態様では、ＴＣＯ層におけるガラス化された遮断部が、遮断部の上のＰＶ層における絶縁性物質を伴わない（例えば、図１および２）。
一実施態様では、相互接続部が、裏面電極物質で満たされる（例えば、図１および３）。別の実施態様では、相互接続部が、別個の導電性物質で満たされる（例えば、図２）。さらなる実施態様では、相互接続部が、裏面電極をシリコンＰＶ層と融合することにより付与される。相互接続部は、ＰＶ層のみを通る溝によって（例えば、図１および３）、ＰＶ層および裏面電極を通る溝によって（例えば、図２）、またはＰＶ層、裏面電極および透明な導電性酸化物層を通る溝によって（図示していない）作られ得る。
一実施態様では、裏面電極層における遮断部が、遮断部の下のＰＶ層における絶縁性物質を伴う。別の実施態様では、裏面電極における遮断部が、遮断部の下のＰＶ層における絶縁性物質を伴わない（例えば、図１、２および３）。
当業者に明らかなように、遮断部および相互接続部に関する上記実施態様は、適切に組み合わせられ得る。
本発明のさらなる好ましい実施態様は、下記の一般工程を含む。
透明な永久基板または仮の基板のどちらかである基板（１）を用意すること、
上記基板上に透明な導電性酸化物層を施与すること、
上記透明な導電性酸化物層上に光起電層（３）（ＰＶ層）を施与すること、
例えばレーザーの使用により、溝の下のＴＣＯの部分（ｖ）がガラス化されるような量のエネルギーを使用して、かつ上記溝の少なくとも１の側で、上記透明な導電性酸化物層のガラス化されていない部分が絶縁性のＰＶ層物質で覆われないことを確実にして、上記透明な導電性酸化物層上にＰＶ層を通る上記溝を付与すること、
上記溝の１の側に絶縁性物質（８）を施与すること、
ＰＶ層および絶縁性物質（８）の上におよび上記溝自体の中に裏面電極層（４）を施与し、そして裏面電極層中にＰＶ層に至る溝を付与すること、
所望により、裏面電極の上に被覆層（図示していない）を施与すること、および
基板（１）が仮の基板である場合には、仮の基板を取り除くこと。
この実施態様の最重要点は、ＰＶ層における溝の少なくとも１の側で、透明な導電性酸化物層のガラス化されていない部分が絶縁性のＰＶ層物質で覆われないことを確実にすることである。一実施態様では、ＴＣＯ層のガラス化されていない部分が、ＰＶ物質によって全く覆われていない。別の実施態様では、ＴＣＯ層のガラス化されていない部分が、ＰＶ層物質で覆われ、上記物質は、例えばシリコンベースのＰＶ層の場合には、ＰＶ層を溶融し、再結晶化することにより、導電性になる。
透明な導電性酸化物層と裏面電極との間の相互接続部は、溝に施与された裏面電極と直接的に導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって（ＴＣＯ層のガラス化されていない部分がＰＶ物質で覆われていない場合）、または裏面電極で覆われているところのＰＶ層の導電性部分と導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって作られる。
この実施態様である、透明な導電性酸化物層と裏面電極との間の相互接続部が、溝に施与された裏面電極と直接的に導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって作られる場合の説明は、図４に示される。
この実施態様である、透明な導電性酸化物層と裏面電極との間の相互接続部が、裏面電極で覆われているところのＰＶ層の導電性部分と導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって作られる場合の説明は、図５に示される。矢印で示される領域は、例えば溶融および再結晶化によって、導電性になるところの、ＰＶ層の部分である。
ここでも、重要なことは、本発明はこれらの図に示されるものにまたはこれらの図に示されるものによって限定されないことである。
溝の下のＴＣＯの部分（ｖ）がガラス化されるような量のエネルギーを使用しながら、かつ上記溝の少なくとも１の側で、透明な導電性酸化物層のガラス化されていない部分が絶縁性のＰＶ層物質で覆われないことを確実にしながら、透明な導電性酸化物層上にＰＶ層を通る上記溝が付与され得るところの種々の方法がある。
一実施態様では、上記溝が２工程で施与され、第一工程では、比較的広い溝がシリコン層を通って施与され、ここでは、下にあるＴＣＯがガラス化されないようにシリコンが除去され、第二工程では、ＴＣＯ層の細片が第一の溝内でガラス化される。別の実施態様では、上記溝が２工程で施与され、第一工程では、溝の下のＴＣＯ層のガラス化が確実にされるようにシリコンＰＶ層を通って狭い溝が施与され、第二工程では、第一の溝にわたってより広い溝がシリコンＰＶ層に施与され、ここでは、上記狭い溝の両端のシリコンが除去されまたは導電性の形に再結晶化されるとともに、上記のより広い溝の下のＴＣＯはさらにはガラス化されない。この実施態様の利点は、良好なプロセス制御を可能にすることである。
別の実施態様では、溝が単一工程で施与され、ここでは、施与されるエネルギーの量が、曲線状の溝プロファイルが得られるように選択され、透明な導電性酸化物層のガラス化された部分は、例えば図４および５に例示されるように、ＰＶ層における溝よりも狭い。例えばＰＶ層の性質に応じて、この実施態様では、溶融されたＰＶ層が溝の端部に「引っ込み（withdraw）」得、その結果、図４に示されるように、透明な導電性酸化物層のガラス化されていない部分がＰＶ層を（実質的に）含まなくなる。また、ＴＣＯのガラス化されていない部分の一部の上のＰＶ層が、図５に示されるように、例えば溶融および再結晶化によって、導電性になることも可能である。
このシステムの利点の一つは、ＴＣＯ層の遮断部および相互接続部が同じ溝において存在することである。他のシステムと比較して、これは、ＰＶ層を通る２つの溝の代わりに、ただ１つの溝だけが付与される必要があることを意味する。この結果、レーザー容量をあまり必要としないプロセスになる。
本発明はまた、透明な導電性酸化物層、光起電層および裏面電極を含む太陽電池システムに関する。上記システムは、少なくとも２の個別の電池に分割され、1つの電池の透明な導電性酸化物層が、隣接する電池の裏面電極と導電性相互接続部によって接続され、上記透明な導電性酸化物層は、上記相互接続部の一方の側に絶縁性の遮断部を付与され、上記裏面電極は上記相互接続部の他方の側に遮断部を付与されているところのものであり、上記透明な表面電極における上記遮断部が、ガラス化された透明な導電性酸化物からなることを特徴とする。透明な導電性酸化物層と裏面電極との間の相互接続部は、溝に施与された裏面電極と直接的に導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって、または裏面電極で覆われているところのＰＶ層の導電性部分と導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって作られる。
適する透明な導電性酸化物層の例は上記で言及されている。ＦドープされたＳｎＯ2が好ましい。なぜならば、それは、４００℃より上、好ましくは５００〜６００℃の範囲の温度で施与されると、円柱状の光散乱テクスチュアを有する所望の結晶性表面を形成し得るからである。
ＴＣＯは、当該分野で公知の方法によって、施与され得る。例えば、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、スパッタリング、大気圧化学蒸着（ＡＰＣＶＤ）、ＰＥＣＶＤ、噴霧熱分解、蒸発（物理蒸着）、電着、スクリーン印刷、ゾル−ゲル法などによって施与され得る。ＴＣＯ層を２５０℃より上、好ましくは４００℃より上、より好ましくは５００〜６００℃の温度で施与することが好ましい。その結果、所望の組成、性質および／またはテクスチュアのＴＣＯ層が得られ得る。ＴＣＯ層の厚さは一般に、２００〜２０００ｎｍ、特に５００〜１０００ｎｍである。
ＰＶ層の性質は本発明には重要ではない。なお、本明細書において、用語「ＰＶ層」または「光起電層」は、光を吸収し、それを電気に変換することを要求される複数の層のシステム全体を含む。適切な層構成（configuration）は、それらを施与するための方法と同様に、公知である。種々の薄膜半導体がＰＶ層の製造において使用され得る。例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、微結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコン−ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、およびａ−ＳｉＧｅ：Ｈが挙げられる。さらに、本発明に従う太陽電池箔におけるＰＶ層はＣＩＳ(二セレン化銅インジウム、ＣｕＩｎＳｅ２）ＰＶ電池、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｅ、Ｓ）２ＰＶ電池、ＣｄＴe(テルル化カドミウム)電池および／または染料感応性の有機ＰＶ電池を含み得る。当該分野で公知であるように、種々の物質の層の組み合わせ、いわゆるタンデム電池、も適用され得る。適する組み合わせは、アモルファスシリコンと微結晶シリコン、およびアモルファスシリコンとアモルファスシリコン−ゲルマニウムである。
ＰＶ層は好ましくは、ＴＣＯが、フッ素ドープされたスズ酸化物を含むとき、シリコン層である。その場合には、ＰＶ層は一般に、１組のまたは複数組の、ｐ−ドープされたアモルファスシリコン、本来のアモルファスシリコンおよびｎ−ドープされたアモルファスシリコンの層を含むであろう。ここで、ｐ−ドープされた層は、入射光を受ける側に位置される。
ＰＶ層の全厚み、特に全ａ−Ｓｉ層を一緒にした全厚みは、一般に、１００〜３０００ｎｍのオーダーであろう。
裏面電極の性質も本発明には重要でない。好ましくは、それは、反射物と電極の両方として役立つ。一般に、裏面電極は、約５０〜５００ｎｍの厚みを有するであろう。そして、光反射性を有する任意の適する物質、好ましくは金属、例えばアルミニウム、銀、またはその両方の層の組み合わせ、を含み得る。これらの金属層は、好ましくは、比較的低い温度、例えば１５０℃より下で、例えば（真空）物理蒸着またはスパッタリングによって、施与され得る。銀の場合には、まず接着プロモーター層を施与することが好ましい。ＴｉＯ２およびＺｎＯが接着プロモーター層のための適する物質の例であり、それらは、例えば２０〜２００ｎｍ、特に５０〜１００ｎｍのオーダーの適する厚みで施与されるとき、反射性をも有するという利点を有する。
溝を満たすために使用される絶縁性物質の性質は、本発明に従う方法には重要でない。適切な物質を選択することは、当業者の範囲内である。当業者に明らかなように、選択されるべき物質は、太陽電池箔が用いられるべき条件に耐えることができなければならない（例えばＵＶ、湿度および温度耐性の点において）。適する物質の例は、絶縁性合成樹脂、例えばポリウレタン、エポキシ樹脂、エポキシアミン、ポリエステルおよびアクリレートである。絶縁性物質を施与する好ましい方法は、スクリーン印刷、インクジェットおよびディスペンシング（dispensing）法である。絶縁性物質を施与する他の適する方法は、当業者に明らかであろう。絶縁性の細片も、上記絶縁性物質で作ることができ、そして例えばインクジェット、ディスペンシングまたは他の印刷法によって施与され得る。
先に述べたように、相互接続部は、種々の方法で確立され得る。まず溝を付与し、次いでそれを導電性物質で満たすことによって確立されるならば、適する導電性物質は、銀の粒子またはニッケルの粉末（flock）などの導電性フィラーがそれに添加された架橋されたポリマー、例えば上述したもの、のコーティングを包含する。そのようなコーティングは、当業者に公知である。コーティングは、周知の方法、例えばスクリーン印刷、印刷（printing）、ディスペンシングまたは噴霧法、を使用して施与され得る。また、はんだ接続を付与することも可能である。あるいは、導電性接続は、金属、例えばアルミニウム、の炎噴霧（flame spraying）によって確立され得る。炎噴霧の方法は、当業者に公知である。
本発明は、特に、仮の基板を使用して製造される太陽電池箔における直列接続の付与に使用され得る。仮の基板を使用して太陽電池箔を製造する方法は当該分野において公知である。例えば、国際公開ＷＯ９８／１３８８２、ＷＯ９９／４９４８３、ＷＯ０１／４７０２０、ＷＯ０１／７８１６５、ＷＯ０３／００１６０２およびＷＯ０５／０１５６３８に記載されており、それらの開示は、引用することにより組み入れられる。
仮の基板が使用されるとき、多数の要件を満たさなければならない。太陽電池箔の製造中、特にＴＣＯおよびＰＶ層の被着中に優勢である条件に耐えるために十分耐熱性でなければならない。その製造中に太陽電池箔を支持するために十分強くなければならない。本方法においてＴＣＯ層が損傷されることなく、ＴＣＯ層から容易に取り除くことができなければならない。これらの指針の枠内で、当業者は、適する仮の基板を選択することができるであろう。上述した国際公開が参照される。好ましくは、金属または金属アロイの箔である。このための主な理由は、一般にそのような箔は、高いプロセス温度に対して耐性であり、蒸発が遅く、そして公知のエッチング技術を使用して比較的容易に取り除くことができるということである。適する金属は、鋼、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、銀、亜鉛、モリブデンおよびそれらのアロイまたは多層を包含する。中でも、経済的理由から、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｕまたはそれらのアロイを用いることが好ましい。性能の点から（およびコストの点を考慮して）、アルミニウム、鉄および銅が最も好ましい。金属を除去するための適するエッチング液および技術は、当該分野において公知である。
例えば銅が仮の基板として使用されるときには、仮の基板に非還元性拡散バリア層、例えば耐腐食性層、特に酸化亜鉛、を付与することが望ましくあり得る。
望ましいならば、仮の基板は、透明な絶縁スペーサーを付与され得る。その透明性のために、この層は、ＴＣＯ上に残されて、ＴＣＯのための保護層として役立ち得る。透明な絶縁スペーサーは好ましくはガラスからなる。
除去の容易性のために、仮の基板は好ましくは、できるだけ薄い。もちろん、他の層がその上に被着され得るようでなければならず、そして、これらの層を共に保持することができなければならないが、これは一般に、５００ミクロン（０．５ｍｍ）の厚みより大きいことを必要としない。上記厚みは好ましくは、１〜２００ミクロン（０．２ｍｍ）の範囲である。弾性率に応じて、多数の物質の最小厚みは、５ミクロンであろう。したがって、５〜１５０ミクロン、特に１０〜１００ミクロンが好ましい。
当業者に明らかなように、適切な場合には、太陽電池箔が、裏面電極の上に担体を、またはカプセル材料（encapsulant）を付与され得、どちらも当業者に公知である。裏面電極の上への担体の付与は、上記文献に記載されたように仮の基板法が使用される場合に好ましい。これらの実施態様によける担体に関するさらなる情報のために、上記文献が参照され、その関係部分が、引用することにより本明細書に組み入れられる。適する担体層物質は、ポリマーの薄膜を包含するが、例えば絶縁性（誘電性）表面層がその上に施与されている金属箔も包含する。担体の厚みは好ましくは、７５ミクロン〜１０ｍｍである。好ましい範囲は、１００ミクロン〜６ｍｍ、特に１５０ミクロン〜３００ミクロンである。
１ 基板
２ 透明な導電性酸化物層
３ 光起電層
４ 裏面電極層
５ 被覆層
６ 相互接続部
８ 絶縁性物質
ｂｇ 溝
ｖ ガラス化部分

Claims (9)

  1. 透明な導電性酸化物層、光起電層および裏面電極を含む太陽電池システムの提供を含む、太陽電池システムにおける直列接続の付与方法であって、上記システムは少なくとも２の個別の電池に分割され、１の電池の透明な導電性酸化物層が、隣接する電池の裏面電極と導電性相互接続部によって接続され、上記透明な導電性酸化物層は上記相互接続部の一方の側に絶縁性遮断部を付与され、上記裏面電極は上記相互接続部の他方の側に遮断部を付与されているところの方法において、上記透明な導電性酸化物層における上記遮断部が、上記透明な導電性酸化物層のガラス化によって付与されることを特徴とする方法。
  2. 透明な導電性酸化物層の下にある層が基板である、請求項１記載の方法。
  3. ガラス化プロセスが、ＴＣＯ層にエネルギーを付与することによって行われ、付与されるエネルギーの量が、ＴＣＯ層をガラス化するために十分であるが、ＴＣＯ層を切断するには不十分である、請求項１または２記載の方法。
  4. ＴＣＯ層のガラス化がレーザーを使用して行われる、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
  5. ガラス化工程が、光起電層を通る溝の付与と組み合わせられ、付与されるエネルギーの量が、溝がＰＶ層を通って付与されるように、かつ同時にＰＶ層の下のＴＣＯ層をガラス化するために十分であるように選択される、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
  6. 下記工程：
    透明な永久基板または仮の基板のどちらかである基板（１）を用意すること、
    上記基板（１）上に透明な導電性酸化物層を施与すること、
    上記透明な導電性酸化物層上に光起電（ＰＶ）層（３）を施与し；第一の溝の下の透明な導電性酸化物層の部分（ｖ）がガラス化されるような量のエネルギーを使用して上記透明な導電性酸化物層上にＰＶ層を通る上記第一の溝を付与し；第二の溝の下の上記透明な導電性酸化物層がガラス化されないような量のエネルギーを使用してＰＶ層を通る上記第二の溝を付与し；第一の溝を絶縁性物質（８）で満たし；そして、ＰＶ層を通り上記透明な導電性酸化物層に至る導電性接続部（の前駆体）を確立すること、
    ＰＶ層上に裏面電極（４）を施与すること、
    裏面電極（４）に溝を付与すること、
    所望により、永久担体（５）を施与すること、および
    基板（１）が仮の基板である場合には、仮の基板を取り除くこと
    を含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
  7. 下記工程：
    透明な永久基板または仮の基板のどちらかである基板（１）を用意すること、
    上記基板上に透明な導電性酸化物層（２）を施与すること、
    上記透明な導電性酸化物層上に光起電層（３）（ＰＶ層）を施与すること、
    溝の下のＴＣＯの部分（ｖ）がガラス化されるような量のエネルギーを使用して、かつ上記溝の少なくとも１の側で、上記透明な導電性酸化物層のガラス化されていない部分が絶縁性のＰＶ層物質で覆われないことを確実にして、上記透明な導電性酸化物層上にＰＶ層を通る上記溝を付与すること、
    上記溝の１の側に絶縁性物質（８）を施与すること、
    ＰＶ層および絶縁性物質（８）の上におよび上記溝自体の中に裏面電極層（４）を施与し、そして裏面電極層中にＰＶ層に至る溝を付与すること、
    所望により、裏面電極の上に被覆層（図示していない）を施与すること、および
    基板（１）が仮の基板である場合には、仮の基板を取り除くこと
    を含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
  8. 透明な導電性酸化物層、光起電層および裏面電極を含む太陽電池システムであって、上記システムは少なくとも２の個別の電池に分割され、1つの電池の透明な導電性酸化物層が、隣接する電池の裏面電極と導電性相互接続部によって接続され、上記透明な導電性酸化物層は、上記相互接続部の一方の側に絶縁性遮断部を付与され、上記裏面電極は上記相互接続部の他方の側に遮断部を付与されているところの太陽電池システムにおいて、上記透明な導電性酸化物層における上記遮断部が、ガラス化された透明な導電性酸化物からなることを特徴とする太陽電池システム。
  9. 透明な導電性酸化物層と裏面電極との間の相互接続部が、溝に施与された裏面電極と直接的に導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって、または裏面電極で覆われているところのＰＶ層の導電性部分と導電性接続している、ＴＣＯのガラス化されていない部分によって付与される、請求項８記載の太陽電池システム。
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