JP4875439B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の他の目的は、周縁分離溝の側壁において、透明導電層と裏面電極層とが短絡しない太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュールを提供することにある。
以下の説明において、外側とは当該位置に対して基板周辺端部側を示し、内側とは基板周辺端部と反対側を示すものとする。
また、バリ防止溝形成ステップ及び周縁分離溝形成ステップは、内側方向から外側方向へ順番に溝を形成する。
楕円状とすることにより、光電変換層と裏面電極層がエッチングされている周縁分離溝の側壁が透明電極層がエッチングされる部分から遠ざけることができる。これにより、透明導電層の残さが周縁分離溝の側壁においても付着することを、より確実に防止することができる。
本発明によれば、更に、発電領域の端部において、透明導電層と裏面電極層とが短絡しない太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュールが提供される。
本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法によって製造される太陽電池モジュール100の平面図である。太陽電池モジュール100は、透光性基板1と、透光性基板1の主面上に設けられた太陽電池膜と、を有している。その太陽電池膜は、発電領域に相当する複数の発電セル2と、周縁部3と、を有している。複数の発電セル2は、基板面の中央部側に設けられている。周縁部3は、基板面の基板端側の外周側に設けられている。複数の発電セル2と周縁部3とは、周縁分離溝4によって絶縁されている。また、複数の発電セル2同士は、セル分離溝5によって区切られている。複数の発電セル2同士は、電気的に直列に接続されている。周縁分離溝4の内側には、周縁分離溝4に沿うようにしてバリ防止溝13(図1では図示されていない)が設けられている。周縁分離溝4は100μm以上の幅で設けられている。これは、1000VDCを印可して計測した場合に500MΩ以上の絶縁抵抗を得る為である。
透光性基板1の上に透明導電層6、光電変換層7、及び裏面電極層8を積層して、太陽電池膜を形成する。太陽電池膜の形成にあたっては、まず、図3(a)に示されるように、透光性基板1を用意する。透光性基板1としては、ソーダフロートガラス基板(1.4m×1.1m×板厚;4mm)が例示される。基板端面は、破損防止として、コーナー面取りやR面取り加工が成されていることが好ましい。
続いて、バリ防止溝13を形成し、更に周縁分離溝4を形成する。本実施の形態においては、このバリ防止溝の形成と周縁分離溝の形成に関して工夫が成されたものである。但し、ここでは溝の位置のみを説明し、具体的な形成法については後述する。
ステップS30までの処理により製造された太陽電池モジュール100に対して、後工程処理を行う。周縁分離溝4を形成した後に、図5(a)に示されるように、周縁領域20の太陽電池膜を除去する。尚、周縁領域20は、既述の周縁部3とは同一ではなく別のものであることに注意されたい。周縁領域20の除去は、後述するバックシートとの健在な接着・シール面を確保するために行われる。基板の端から5〜15mmで、周縁分離溝4よりも基板端側における太陽電池膜(裏面電極層8/光電変換層7/透明導電層2)を、研磨除去する。研磨屑や砥粒は、基板を洗浄して除去する。
図7A(a)は、ビームパターンを示す平面図であり、図7A(b)は、バリ防止溝形成部分の断面図である。図7A(a)に示されるように、基板の端部近傍に、バリ防止溝13を形成する。バリ防止溝13は、短パルスレーザーを用いたエッチングにより、光電変換層7と裏面電極層8を除去することで形成することができる。短パルスレーザーによりレーザーのエネルギー密度を高めるとともに周囲への熱伝導を抑制して効率的にレーザーエッチングすることに有効である。ここで、レーザーエッチングのパルス幅は、0より大きく30ns以下であることが好ましい。シリコン薄膜に代表される光電変換層は水素などのガス発生物質を薄膜構造中に含むため、0より大きく30ns以下とすることで、周囲への熱伝導を抑制できるので、光電変換層7へ吸収されたエネルギーが効率的に高いガス蒸気圧を発生させ裏面電極層8が勢い良く爆裂するために裏面電極層8のバリが発生せず、シャープなエッチングを行うことができる。また、レーザーの種類としては、YAGやYVO4等の第2高調波によるグリーンレーザーを用いることが好ましい。このレーザーの波長は532nmで代表され、光電変換層への吸収特性から500nm〜550nmの波長域において同様なエッチング特性を得ることができる。
続いて、図7Bに示されるように、バリ防止溝13の外側に周縁分離溝4を形成する。周縁分離溝4は、レーザーエッチングにより、光電変換層7、裏面電極層8、及び透明導電層6を除去することで形成することができる。
本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、第1実施形態に対して、ステップS20の処理(バリ防止溝の形成)が工夫されている。その他の工程は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図10(a)は、バリ防止溝13を形成するにあたって照射されるレーザービームパターンの位置を示す平面図である。図10A(b)にはバリ防止溝13の断面形状が描かれている。図10Aに示されるように、本実施の形態においては、バリ防止溝13を形成するにあたって、パルス状のレーザーが前後に走査するエッチングラインどうしが一部重なるように複数回走査される。また、その複数回の走査は、基板面の内側から外側に向かって行われる。尚、基板面の内側から外側に向けて複数回走査するとは、ある回の走査でエッチングされたエッチングラインの外側を、次の回の走査でエッチングすることを意味している。以下に、一例として3回走査を行う場合について具体的に説明する。また、以下に述べる例では、1回の走査で、約50μmの幅がエッチングされる場合について説明する。
図10B(a)は、周縁分離溝を形成する際に照射されるビームパターンを示す平面図である。図10B(b)は、周縁分離溝形成時の断面図である。図10Bに示されるように、約150μm幅のバリ防止溝13が形成された後に、第1の実施形態と同様にして、楕円状のレーザービームにより周縁分離溝4が形成される。尚、本実施形態において、その楕円状のレーザービームは、中央部9の長軸方向幅が100μm、外周部10の長軸方向幅が50μmである。
本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第1、2の実施形態と比較して、更に周縁分離溝4を形成する工程(ステップS30)の動作が工夫されている。即ち、第1の実施形態では、周縁分離溝4を形成する為に楕円状のビームパターンでレーザーを照射するのに対して、本実施形態では円状のビームパターンでレーザーを照射する。周縁分離溝4の外側側壁は、周辺部と発電領域とが周縁分離溝4により十分に絶縁分離されていれば、周辺部にある外側側壁に透明導電層6の残さが付着して裏面電極層8と透明電極層6が短絡しても、太陽電池モジュールの発電特性への影響はなく、必ずしも楕円状のビームパターンである必要がない。尚、バリ防止溝13を形成する工程(ステップS20)と、周縁分離溝4を形成する工程(ステップS30)以外の動作については、既述の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
図11(a)は、ステップS20及びS30において照射されるレーザービームのパターンを示す平面図である。図11(b)は、溝の断面形状を示す断面図である。ステップS20において、第2の実施形態と同様に幅が約50μmのレーザービームをパルス的に複数回走査することで、バリ防止溝13が形成される。尚、第2の実施形態では3回走査を行う場合について記載したが、本実施形態では2回走査を行う場合について説明する。このように、1回の走査で約50μmの幅がエッチングされることで、2回の走査により約100μmの幅のバリ防止溝13が形成される。尚、バリ防止溝13を形成する為のレーザービームの走査回数は、十分な幅を確保するために複数回走査を行うことが望ましい。各バリ防止溝13の重ねあわせは0%以上50%以下である。重ね合わせがないと前回走査のバリ防止溝の外側に発生した裏面電極層8のバリを次回走査のバリ防止溝のレーザーエッチングで除去できないからであり、重ね合わせが大きすぎるとガス化した光電変換層7成分が、前のレーザーエッチングで形成された溝から抜け易くなり裏面電極層8のエッチングが十分に行われないためである。但し、バリ防止溝13の幅を十分に広くすることができれば、必ずしも複数回走査させる必要はない。
続いて、周縁分離溝4を形成する。周縁分離溝4は、円状のビームパターンでレーザービームを照射することにより形成される。このレーザービームの照射は、バリ防止溝13を形成する時のレーザーエッチングに用いたレーザ発振器や光学系と同一のものを用いて行うことができる。第1、第2の実施形態のように、ビームパターンを楕円状にした時と比較して、1回の走査でエッチングできる幅は約50μmと狭くなるが、バリ防止溝13形成用の光学系とは別の光学系を用いる必要がない。よって、装置コストを低減することができる。
本発明の第4の実施形態について説明する。図12(a)は、バリ防止溝13及び周縁分離溝4を形成する際のレーザーエッチングの照射パターン形状を示す平面図である。図12(b)は、バリ防止溝13および周縁分離溝4の溝形状を示す断面図である。本実施形態にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、第3の実施形態に対して、周縁分離溝4を形成する際に用いるレーザーの種類が工夫されている。尚、レーザーの種類以外の点については、第3の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
2 発電セル
3 周縁部
4 周縁分離溝
5 セル分離溝
6 透明導電層
7 光電変換層
8 裏面電極層
9 中央部
10 外周部
13 第1溝
14 ビームパターン
15 ビームパターン
18 ビームパターン
19 後退領域
20 周縁領域
21 レーザー発振器
22 レーザービーム
23 凹レンズ
24 凸レンズ
25 シリンドリカル凸レンズ
26 シリンドリカル凹レンズ
27 被照射体
100 太陽電池モジュール
Claims (11)
- 透光性基板の主面上に、透明導電層、光電変換層、及び裏面電極層を順次積層するステップと、
前記光電変換層及び前記裏面電極層を、パルス状のレーザーを前記基板に相対的に走査することによりエッチングしてバリ防止溝を形成するバリ防止溝形成ステップと、
前記バリ防止溝の前記基板面上での前記基板周辺端部側になる外側方向を、パルス状のレーザーによりエッチングして、前記透明導電層、前記光電変換層、及び前記裏面電極層の除去された周縁分離溝を形成する周縁分離溝形成ステップと、
を具備し、
前記周縁分離溝形成ステップは、
各パルスにおけるレーザービームパターンの前記基板周辺端部と反対側になる内側方向の端部を、前記バリ防止溝に重ねるようにレーザーを前記基板に相対的に走査させるステップ、を含み、
前記バリ防止溝形成ステップ及び前記周縁分離溝形成ステップは、
前記内側方向から前記外側方向へ順番に溝を形成する太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項1に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記バリ防止溝形成ステップにおいて、短パルスレーザーによりエッチングする太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項2に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記短パルスレーザーのパルス幅は、0より大きく30ns以下である太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記バリ防止溝形成ステップにおいて、パルス状のレーザーを、前記内側方向から順番に複数回走査させる太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記周縁分離溝形成ステップにおいて、各パルスにおけるビームパターンは、楕円状であり、
前記楕円状の長軸は、基板面上での前記外側方向及び前記内側方向を向いている太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記周縁分離溝形成ステップにおいて、各パルスにおけるビームパターンは、円状である太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項6に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記周縁分離溝形成ステップにおいて、ビーム重ねを70%以上としてレーザーを前記基板に相対的に走査させる太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項6又は7に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記周縁分離溝形成ステップと前記バリ防止溝形成ステップとにおいて、同一のレーザー発振器及び同一の光学系によりエッチングを行う太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項6乃至8のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記周縁分離溝形成ステップにおいて、パルス状のレーザーを、前記内側方向から順に複数回走査させる太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項6乃至9のいずれかに記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記周縁分離溝形成ステップにおいて、IRレーザーによりレーザーエッチングする太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項1に記載された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記周縁分離溝形成ステップにおけるエッチングの開始は、前記バリ防止溝形成ステップにおけるレーザービームを前記基板に相対的に走査中であり、
前記周縁分離溝形成ステップにおいて、前記バリ防止溝形成ステップによるエッチングラインの後を追うように前記基板に相対的に走査してエッチングを行う太陽電池モジュールの製造方法。
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