JP5145456B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2009年3月10日に出願された特願2009−056777号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画された太陽電池セルを形成し、互いに隣接する太陽電池セルを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザ光などを用いてスクライブ線(スクライブライン)と称される溝を形成し、短冊状の複数の太陽電池セルを得て、この太陽電池セルが電気的に直列に接続された構造が採用される。
しかしながら、これらの技術においては、製造工程の数が増加し、複数のバイパスダイオードを並列接続することによってコストが増加する等の問題があった。
また、本発明は、太陽電池モジュール製造における工程の数を増やすことなく、既設の装置において用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することができる製造方法を提供することを第二の目的とする。
本発明の第1態様の太陽電池モジュールは、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成された複数のレーザスクライブ孔を含むことが好ましい。
ここで、複数のレーザスクライブ孔が配列する方向は、スクライブ線に平行な方向でもよいし、スクライブ線に直交する方向でもよいし、スクライブ線に対して所定の角度で交差する方向でもよい。
本発明の第2態様の太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に、第一電極層,発電層,及び第二電極層が順に積層された積層体を形成し、スクライブ線を形成することにより、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルを形成し、前記発電層及び第二電極層の一部にレーザ光を照射することによって、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するスクライブ孔を形成し、前記レーザ光を照射した時に発生する熱により、前記発電層及び第二電極層の加工端面に生じたシャント領域からなるバイパス経路を形成する。
なお、本発明における「太陽電池モジュール」は、単一の発電層を有するシングルセルに限定されず、複数の発電層が積層した多接合セルも含む。
また、「加工端面」とは、レーザ光の照射方向に略平行な面である。また、シャント領域は、基板に平行な方向において、加工端面から発電層及び第二電極層の内側に向けて形成された領域である。このようなシャント領域は、加工端面の近傍に形成されており、基板に平行な方向において、所定の深さを有する。このシャント領域においては、発電層より低い抵抗で第一電極層と前記第二電極層とが接続されている、若しくは、第一電極層,発電層,及び第二電極層が電気的に短絡している。
これにより、複数の太陽電池セルの一つに不具合が生じて出力が低下した場合であっても、レーザスクライブ孔周辺に生じたシャント領域がバイパス経路として作用するため、バイパス経路に電流を流すことができる。このため、出力が低下した太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、出力が低下した太陽電池セルが破壊されることを防止することができる。
その結果、本発明の太陽電池モジュールにおいては、複雑な構造が不要であり、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の太陽電池モジュールにおいては、レーザ光を照射することによって発電層及び第二電極層の一部を除去し、レーザスクライブ孔を形成している。
この方法によって得られる太陽電池モジュールにおいて、レーザスクライブ孔を形成する時に発生する熱により発電層及び第二電極層の加工端面にシャント領域が形成される。
その結果、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、工程の数を増やすことなく、既設の装置においてこの製造方法を用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することができる。
なお、各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
図2A〜図2Cは図1の太陽電池モジュールの層構成を示す断面図である。図2Aは、図1のX1−X2線に沿う断面図である。図2Bは、図2Aの符号Aで示された部分を示す拡大断面図である。図2Cは、図1のY1−Y2線に沿う断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール10は、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル21が基板11の第1面11a上に形成された構成を含む。太陽電池セル21は、第一電極層13,発電層14,バッファ層15,及び第二電極層16を順に積層された積層体12を含む。複数の太陽電池セル21のうち、互いに隣接する太陽電池セルには、スクライブ線20が形成されている。スクライブ線20は、第一電極層13上に形成されており、これによって複数の太陽電池セル21が区画されている。
これにより、複数の太陽電池セルの一つに不具合が生じて出力が低下した場合であっても、レーザスクライブ孔30周辺に生じたシャント領域31がバイパス経路として作用するため、バイパス経路に電流を流すことができる。このため、出力が低下した太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、出力が低下した太陽電池セルが破壊されることを防止することができる。
その結果、本実施形態の太陽電池モジュール10においては、複雑な構造が不要であり、ホットスポット現象を防止することができ、優れた信頼性を得ることができる。
第一電極層(下部電極)13は、透明な導電材料、例えば、SnO2,ITO,ZnOなどの光透過性の金属酸化物から形成されている。
発電層14に太陽光が入射すると、電子及びホールが生じて、p型アモルファスシリコン膜14pとn型アモルファスシリコン膜14nとの間において、電子及びホールが活発化される。この作用が連続的に繰り返されることによって、第一電極層13と第二電極層16との間に電位差が生じる(光電変換)。
スクライブ線20は、例えば、基板11の第1面11aに均一に積層体12を形成した後、レーザ光等を積層体12に照射することによって形成される。これによって、所定の間隔を有する溝が積層体12に形成される。
複数のレーザスクライブ孔30は、図1に示すように、スクライブ線20と平行な線上に配列されている。
これに対し、本実施形態の太陽電池モジュール10においては、シャント領域31がバイパス経路として機能するため、太陽電池セルにおいて生じた逆電圧の全てが局所的に集中することを抑制することができる。これにより、ホットスポットが形成されてしまうことを防止できる。
レーザスクライブ孔30を形成する工程における条件に依存して、太陽電池の曲線因子(FF)が低下する場合がある。例えば、必要以上にスクライブ孔30の数を増加すると、特性が低下してしまう。このため、ホットスポット耐性が得られるように、例えば、FF値がFF≧0.60の範囲となるように、スクライブ孔30の個数と、スクライブ孔30が形成される位置とを決定することが好ましい。
具体的には、例えば、複数のレーザスクライブ孔30が積層体12に形成され、複数の前記スクライブ孔が線状に配列されていることが好ましい。
これにより、特性を低下させることなく、ホットスポットが形成されることを効果的に抑制することができる。
図3A〜図3Fは、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を工程順に示す断面図である。図3A〜図3Fの各々は、図1のY1−Y2線に沿う断面図に対応する。
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、レーザ光を照射することによって、発電層14,バッファ層15,及び第二電極層16の一部が除去され、レーザスクライブ孔30が形成されている。更に、レーザ光照射時に発生する熱により発電層14,バッファ層15,及び第二電極層16の加工端面rdにシャント領域31が生じている。このシャント領域31は、バイパス経路として機能する。
その結果、本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、太陽電池モジュール製造における工程の数を増やすことなく、既設の装置においてこの製造方法を用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュール10を製造することが可能である。以下、工程順に説明する。
基板11は、例えば、ガラス又は透明樹脂等、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料からなる。
(2)次に、図3Aに示すように、基板11の第1面11a上に第一電極層13を形成する。
この第一電極層13は、光透過性を有する金属酸化物、例えばAZO(Alを添加したZnO)、GZO(Gaを添加したZnO)又はITO(Indium Tin Oxide)等のTCO(Transparent Conducting Oxide)からなるTCO電極である。
複数の太陽電池セル21は、互いに電気的に区画されている。また、互いに隣接する太陽電池セル21は、電気的に直列に接続される。
赤外光は、波長780nmより長い光であり、熱線とも呼ばれている。赤外光は、大きい熱作用を生じさせる光である。
このIRレーザ光としては、CO2レーザ光又はYAGレーザ光(Yttrium Aluminum Garnet Laser)が用いられる。YAGレーザ光を用いる場合には、IRレーザ光は基本波(波長1064nm)であり、そのスポットrpの径を、例えば、60μm以上に大きくすることができる。
なお、上述した太陽電池モジュール10の製造方法においては、複数のレーザスクライブ孔30はスクライブ線20に平行な方向に配列されているが、複数のレーザスクライブ孔30が配列する方向は、スクライブ線20に直交する方向でもよいし、スクライブ線に対して所定の角度で交差する方向でもよい。
この実施例においては、以下のように太陽電池モジュールを作製している。
まず、透明基板上に第一電極層を形成した。
次いで、第一電極層上に、p型アモルファスシリコン膜,i型アモルファスシリコン膜,及びn型アモルファスシリコン膜の各々を、各膜を形成するための専用のプラズマCVD反応室内で形成し、発電層を形成した。
次に、発電層をレーザ照射によって分離した後に、発電層上に、スパッタ法を用いて、バッファ層及び第二電極層を順に形成した。次に、第一電極層,発電層,及び第二電極層に向けて、レーザ光線を照射して、スクライブ線(スクライブライン)を形成した。
次に、発電層,バッファ層,及び第二電極を貫くようにレーザスクライブ孔を形成した。
以下に、実施例1〜8及び比較例におけるレーザスクライブ孔を形成する条件について説明する。
YAGレーザ光(波長1064nm)を用いて、レーザスクライブ孔を形成した。
ビーム径は45μmである。レーザ光照射条件は0.7〜1.0(J/cm2)である。実施例1〜4においては、スクライブ線に平行な方向に複数のレーザスクライブ孔を形成した。複数のレーザスクライブ孔の間隔は、表1に示されている。
YAGSHGレーザ光(Aluminum Garnet Second Harmonic Generation Laser、波長532nm)を用いて、レーザスクライブ孔を形成した。ビーム径は45μmである。レーザ光照射条件は0.7〜1.0(J/cm2)である。実施例5〜8においては、スクライブ線に平行な方向に複数のレーザスクライブ孔を形成した。複数のレーザスクライブ孔の間隔は、表1に示されている。
比較例おいては、レーザスクライブ孔を形成しなかった。
太陽電池モジュールの各々の評価方法としては、IEC−61646(2008)のホットスポット耐性試験(以下、HS試験とも呼ぶ)を行う前におけるFF値と、HS試験を行った後のFF値とを比較した。
評価結果を表1に示す。
これに対し、レーザスクライブ孔を形成した実施例1〜8の太陽電池モジュールにおいて、HS試験を行う前のFF値(初期値)と、HS試験を行った後のFF値とを比較すると、FF値の劣化が大幅に抑えられていることが確認された。
このように実施例1〜8おいてFF値の劣化を抑制することができる理由は、レーザスクライブ孔周辺に生じたシャント領域がバイパス経路として機能していると考えられる。
上記の太陽電池モジュールにおいては、モジュール構造として、単一の発電層を有するシングルセル構造を例に挙げて説明したが、本発明は、この構造に限定されない。複数の発電層が積層された多接合セルにおいても本発明の構造を適用することができる。
Claims (3)
- 太陽電池モジュールであって、
第一電極層,発電層,及び第二電極層が順に積層された積層体を含み、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルと、
複数の前記太陽電池セルのうち、互いに隣接する太陽電池セルを区画するスクライブ線と、
前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成されたスクライブ孔と、
前記スクライブ孔の周辺に生じたシャント領域からなるバイパス経路と
を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項1に記載の太陽電池モジュールであって、
前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成された複数のスクライブ孔を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 太陽電池モジュールの製造方法であって、
基板上に、第一電極層,発電層,及び第二電極層が順に積層された積層体を形成し、
スクライブ線を形成することにより、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルを形成し、
前記発電層及び第二電極層の一部にレーザ光を照射することによって、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するスクライブ孔を形成し、
前記レーザ光を照射した時に発生する熱により、前記発電層及び第二電極層の加工端面に生じたシャント領域からなるバイパス経路を形成する
ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
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