JP6277460B2

JP6277460B2 - 積層ソーラーセルの製造方法及び積層ソーラーセルの製造装置

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Publication number: JP6277460B2
Application number: JP2013045433A
Authority: JP
Inventors: 俊之鮫島
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2013219338A

Description

本発明は、複数のソーラーセルを積層して接合する積層ソーラーセルの製造方法及び複数のソーラーセルを積層して接合する積層ソーラーセルの製造装置に関する。

近年、ソーラーセルは新エネルギー発電デバイスとして盛んに開発されている。このソーラーセルでは、太陽光−発電力変換の高効率化が重要な開発課題となっている。太陽光は、波長が２００ｎｍから２０００ｎｍに渡る、広範囲のスペクトルをもつ光であるため、ソーラーセルとしては、できるだけ多波長の光を利用することが高効率化につながる。しかし、ソーラーセルは、固有のバンドギャップ以上の光しか利用できず、１種類のソーラーセルで太陽光を全て電力に変えることは不可能であった。

一方、ソーラーセルの光電変換の高効率化を図るために、異なるバンドギャップを持つソーラーセルを、低バンドギャップから高バンドギャップの順に積み上げて構成した多接合型ソーラーセルが開発されている（例えば、特許文献１参照）。そして、成膜技術を駆使して多種類の材料及びｐｎ接合を形成することで多接合型ソーラーセル（積層ソーラーセル）を構成する技術が開発されて、高効率発電の可能性が得られている。しかし、このような多接合型ソーラーセルでは、多種類の材料を順次成膜するには精密な膜質、膜厚制御が必要であり、製造するための時間及びコストがかかるという問題があった。

そこで、本発明者は、ソーラーセルの光電変換の高効率化を図るために、独立に作成した異種ソーラーセルを導電粒子を含む有機バインダーを用いて貼り合わせる接合方法を提案した（例えば、特許文献２及び非特許文献１）。この方法について、図１０〜図１２を用いて簡単に説明する。

図１０に示すように、複数の異種ソーラーセルとして、例えば、狭バンドギャップを有する第１のソーラーセル１と広バンドギャップを有する第２のソーラーセル２の２つを用意し、これらを光入射面である表面１ａ，２ａが重なるように積層し、互いに向かい合う表面１ａ，２ｂの間に１０μｍ以上で２００μｍ以下の粒径を有する導電粒子３を含む接着剤５を介在させる。次いで、接着剤５を介して重ね合わせた第１及び第２のソーラーセル１及び２を、加圧手段により所要の圧力Ｆをかけ（必要に応じて加熱手段６により所要の温度に加熱し）て、有機バインダー４を硬化させ、第１及び第２のソーラーセル１及び２を電気的に接合し、かつ、接着する。

図１１は、こうして接合された積層されたソーラーセル１及び２の状態を示す。

次に、図１２に示すように、表面電極８となる導電膜と、裏面電極９となる導電膜を形成する。こうして得られた積層ソーラーセル１１は、太陽光Ｌが照射されると、広バンドギャップを有する第２のソーラーセル２と、接着剤５を透過した太陽光によってさらに第１のソーラーセル１と、において光電変換するため、高効率化できる。

また、この方法によれば、コストが安く短時間に多量のソーラーセルを作成することが可能になる。この接合方法は面積１ｃｍ^２サイズのソーラーセルにおいて高効率の光電変換特性を得ることが実証できているので、市場に流通するさらに大きいサイズのソーラーセル、例えば４インチ〜６インチのソーラーセルにおいても、この接合方法を実用化する
ことが望まれている。

しかしながら、半導体ソーラーセルは、一般に１５０μｍ〜２００μｍと非常に薄く、しかもＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓなどの非常に割れやすい材質が多く、ソーラーセルを重ね合わせて加圧する際に局所的に大きな荷重（偏荷重）がかかると、ソーラーセルが破損するという問題があった。

特開２００７−１８９０２５号公報特開２０１１−２１０７６６号公報

ＴｏｓｈｉｙｕｋｉＳａｍｅｓｈｉｍａ，ＪｕｎＴａｋｅｎｅｚａｗａ，ＭａｓａｈｉｋｏＨａｓｕｍｉ，ＴａｋａｓｈｉＫｏｉｄａ，ＴｅｔｓｕｙａＫａｎｅｋｏ，ＭｉｎｏｒｕＫａｒａｓａｗａ，ａｎｄＭｉｃｈｉｏＫｏｎｄｏ， "ＭｕｌｔｉＪｕｎｃｔｉｏｎＳｏｌａｒＣｅｌｌｓＳｔａｃｋｅｄｗｉｔｈＴｒａｎｓｐａｒｅｎｔａｎｄＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＡｄｈｅｓｉｖｅ"，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，５０（２０１１）０５２３０１

本発明の目的は、複数のソーラーセルを積層して接着する際に、ソーラーセルの破損不良を低減することができる積層ソーラーセルの製造方法及び積層ソーラーセルの製造装置を提供する。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造方法は、
第１のソーラーセルと、第２のソーラーセルと、該第１のソーラーセルと該第２のソーラーセルの間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層と、を有する積層体の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面を有する支持体を用意する工程と、
前記積層体を袋体内に配置し、該袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程と、
前記積層体を圧力容器内に配置する工程と、
前記圧力容器内に高圧ガスを導入し、前記積層体を高圧ガスによって加圧することで前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを電気的に接合し、かつ、接着する工程と、
を有し、
前記脱気する工程は、前記積層体の前記表面を前記支持体の前記支持面で支持した状態で前記袋体内に配置し、前記袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程であり、
前記積層体を前記圧力容器内に配置する工程は、前記袋体内が減圧状態を維持したまま前記積層体を前記圧力容器内に配置し、
前記支持体を用意する工程は、前記支持体を第１の袋体内に配置する第１の工程と、前記第１の袋体内の気体の一部または全部を脱気する第２の工程と、を有し、
前記脱気する工程は、前記支持体の前記支持面が前記第１の袋体を介して前記積層体を支持した状態で行ない、
前記電気的に接合し、かつ、接着する工程の後に、前記第１の袋体を開封して前記第１の袋体内に空気を導入する工程を含むことを特徴とする。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造方法において、
前記圧力容器内に導入された高圧ガスは、０．１５ＭＰａ〜０．９ＭＰａであることができる。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造方法は、
第１のソーラーセルと、第２のソーラーセルと、該第１のソーラーセルと該第２のソーラーセルの間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層と、を有する積層体の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面を有する支持体を用意する工程と、
前記積層体を袋体内に配置し、該袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程と、
を有し、
前記袋体内の内圧と前記袋体外の大気圧との差圧によって前記積層体を加圧することに
よって、前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを電気的に接合し、かつ、接着し、
前記脱気する工程は、前記積層体の前記表面を前記支持体の前記支持面で支持した状態で前記袋体内に配置し、前記袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程であり、
前記支持体を用意する工程は、前記支持体を第１の袋体内に配置する第１の工程と、前記第１の袋体内の気体の一部または全部を脱気する第２の工程と、を有し、
前記脱気する工程は、前記支持体の前記支持面が前記第１の袋体を介して前記積層体を支持した状態で行ない、
前記脱気する工程の後に、前記第１の袋体を開封して前記第１の袋体内に空気を導入する工程を含むことを特徴とする。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造方法において、
脱気された前記袋体内の内圧は、０．０８ＭＰａ以下であることができる。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造装置は、
第１のソーラーセルと、第２のソーラーセルと、該第１のソーラーセルと該第２のソーラーセルの間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層と、を有する積層体を内部に収容する袋体と、
前記積層体の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面を有する支持体と、
前記袋体内の気体の一部または全部を脱気する真空ポンプと、
前記支持体を収容し、内部の気体の一部または全部を脱気する第１の袋体と、
を有し、
前記袋体は、前記積層体の前記表面を前記支持体の前記支持面で支持した状態で前記積層体及び前記支持体を内部に収容し、
前記真空ポンプが前記袋体内を脱気することによって、前記袋体内の内圧と前記袋体外の大気圧との差圧によって前記積層体を加圧し、前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを電気的に接合し、かつ、接着するものであって、
前記袋体は、前記支持体の前記支持面で前記第１の袋体を介して前記積層体を支持した状態で収容し、
前記第１の袋体は、前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを接着した後に開封して前記第１の袋体内に空気を導入することで前記第１の袋体と前記積層体とを分離可能であることを特徴とする。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造装置において、
脱気された前記袋体内の内圧は、０．０８ＭＰａ以下であることができる。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造方法によれば、複数のソーラーセルを積層して接着する際に、ソーラーセルの破損不良を低減することができる。

本発明にかかる積層ソーラーセルの製造装置によれば、複数のソーラーセルを積層して接着する際に、ソーラーセルの破損不良を低減することができる。

第１の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置及び積層ソーラーセルの製造方法を説明するための縦断面図である。第２の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置及び積層ソーラーセルの製造方法を説明するための縦断面図である。第２の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置及び積層ソーラーセルの製造方法を説明するための縦断面図である。第３の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置及び積層ソーラーセルの製造方法を説明するための縦断面図である。第３の実施形態にかかるにかかる積層ソーラーセルの製造装置及び積層ソーラーセルの製造方法を説明するための縦断面図である。実施例１の積層ソーラーセルの模式図である。実施例１の積層ソーラーセルの接合抵抗を示す電圧−電流特性図である。実施例１の積層ソーラーセルの波長−光透過率特性図である。実施例２によって製造された積層されたゲルマニウム基板の写真である。従来のソーラーセルの接合方法を説明する断面図である。従来のソーラーセルの接合方法を説明する断面図である。従来のソーラーセルの接合方法を説明する断面図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置、積層ソーラーセルの製造方法及び積層ソーラーセルについて図面を用いて説明する。なお、以下に説明するものは本発明にかかる積層ソーラーセルの製造方法の実施形態の一例であり、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者であれば特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇で各種の変更が可能である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置、積層ソーラーセルの製造方法及び積層ソーラーセルを説明するための縦断面図である。なお、第１の実施形態においては、１組の積層体４０を圧力容器５０内に配置して１つの積層ソーラーセルを製造する装置及び方法について説明するが、これに限らず、圧力容器５０内に多数組の積層体４０を配置して多数の積層ソーラーセルを製造するマスプロダクションに適用することができる。

第１の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置１００は、第１のソーラーセル２０と、第２のソーラーセル２２と、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２の間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層３０と、を有する積層体４０を内部に配置する圧力容器５０と、圧力容器５０内に高圧ガスＧを導入する高圧ガスの導入部５２と、を有し、高圧ガスの導入部５２から圧力容器５０内へ高圧ガスＧを導入して積層体４０を加圧することで第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２とを電気的に接合し、かつ、接着することを特徴とする。積層体４０におけるソーラーセルの枚数は、２枚以上であることができる。

第１の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造方法は、第１のソーラーセル２０と、第２のソーラーセル２２と、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２の間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層３０と、を有する積層体４０を圧力容器５０内に配置する工程と、圧力容器５０内に高圧ガスＧを導入し、積層体４０を高圧ガスＧによって加圧することで第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２とを電気的に接合し、かつ、接着する工程と、を有することを特徴とする。積層体４０におけるソーラーセルの枚数は、２枚以上であることができる。

図１に示すように、積層体４０は、複数、例えば３枚のソーラーセル２０，２２，２４を光入射面である一方の表面が重なるように積層し、互いの対抗する表面によって２つの接着層３０，３２を挟み込んだ状態で両端を保持部材５６によって保持されて圧力容器５０内に配置されている。

圧力容器５０は、ボルト５４，５４によって締結されて、導入部５２を除いて圧力容器５０内を密閉することができる。圧力容器５０の内容量は、製造する積層ソーラーセルの大きさや一度に製造する数量等によって適宜選択することができる。

導入部５２から高圧ガスＧを導入し、圧力容器５０内の圧力を上昇させる。高圧ガスＧの導入によって、圧力容器５０内に保持された積層体４０は全体が均一に加圧される。ソーラーセル２０，２２，２４の表面積は、ソーラーセル２０，２２，２４の間にある接着層３０，３２の側面の面積よりも極めて大きいため、接着層３０，３２はソーラーセル２
０，２４に加えられた圧力によって押しつぶされて横方向に延びる。なお、接着層３０，３２は、高圧ガスＧの圧力によって流動できる程度に溶剤等で調整することができる。

このようにして、ソーラーセル２０，２２，２４の間に薄く均一に接着層３０，３２が形成された状態で接着層３０，３２を硬化させ、積層ソーラーセルを製造することができる。接着層３０，３２は、圧力容器５０内で積層体４０を保持したまま、あるいは圧力容器５０から取出して硬化させることができる。接着層３０，３２を硬化させる方法は、接着層３０，３２に用いる材料に応じて熱処理や紫外線などを適宜選択することができる。第１の実施形態の製造方法によれば、複数のソーラーセルを積層して接着する際に、ソーラーセルの破損不良を低減することができる。また、圧力容器５０内に複数組の積層体４０を配置すれば、複数の積層ソーラーセルを一度にまとめて製造することができ、マスプロダクションにも対応することができる。

こうして得られた積層ソーラーセル４２は、重なり合うソーラーセル２０，２２，２４を接着層３０，３２によって接着すると共に、接着層３０，３２に含まれる図示しない導電粒子によって電気的に接合することができる。

圧力容器５０内に導入された高圧ガスＧは、０．１５ＭＰａ〜０．９ＭＰａであることができる。積層ソーラーセルの製造装置１００は、図示しない高圧ガス供給源である例えば高圧ガスボンベをさらに有することができ、高圧ガス供給源は高圧ガスの導入部５２と高圧ガス用の配管で接続され、高圧ガス供給源を所定圧力に設定し又は導入部５２の手前で所定圧力に減圧又は加圧されて、例えば０．１５ＭＰａ〜０．９ＭＰａの高圧ガスＧを導入部５２から圧力容器５０内に導入することができる。圧力容器５０内の圧力は、積層ソーラーセルの接着層における抵抗を望ましい低抵抗とするために、適宜調節することができる。これは、導電粒子の大きさや配合量、接着層の流動のし易さなどによって、接着層における抵抗が変化するためである。

ソーラーセル２０，２２，２４は、シリコン系、ゲルマニウム系、ＧａＡｓ系などの公知のソーラーセルを使用目的に応じて適宜選択して採用することができる。ソーラーセル２０，２２，２４は、それぞれ異なるバンドギャップを有することによって、光電変換効率を向上させることができる。

積層体４０は、ソーラーセル２０，２２，２４の重ね合わせる表面の少なくとも一方に図示しない導電粒子が分散した有機バインダーを例えば塗布して、ソーラーセル２０，２２，２４を重ね合わせることで接着層３０，３２を形成する。

接着層３０，３２は、有機バインダーに図示しない導電粒子を含んで形成される。接着層３０，３２は、光透過性に優れ、かつ、導電性に優れることができ、圧力容器５０内に配置した段階では硬化しておらず、加圧する工程において流動してソーラーセル２０，２２，２４の全体に均一に薄く延びる程度の流動性を有することができる。したがって、接着層３０，３２が薄く延びることを想定して、加圧前の接着層３０，３２はソーラーセル２０，２２，２４の外周までは達していない。

接着層３０，３４に用いる有機バインダーは、光透過性に優れた公知の有機バインダーを採用することができ、例えば、エポキシ系樹脂バインダー、ポリイミド系樹脂バインダーなどであることができる。有機バインダーは、ソーラーセル２０，２２，２４に塗布される前に導電粒子を配合し分散させていることができる。

導電粒子は、導電性に優れ、有機バインダーに混合されて分散することができる。導電粒子は、光透過性に優れることができる。導電粒子の粒径は、３μｍ以上、２００μｍ以
下であることができる。導電粒子の粒径が３μｍ以上であれば、ソーラーセル２０，２２，２４の表面に微細な凹凸が形成されていても比較的良好な導通が可能であり、接合時の温度及び圧力を比較的低く抑えることができる。また、導電粒子の粒径が２００μｍ以下であれば、分散率の関係で、導電粒子間の距離が広がりすぎず、導電粒子間に入った電流が導電粒子に向かって横方向に流れるのを防ぎ、横方向の抵抗による電流ロスが大きくなって、光電変換効率が低下することを防ぐことができる。

積層ソーラーセルの製造装置１００は、第２の実施形態で説明する積層ソーラーセルの製造装置１０２又は第３の実施形態で説明する積層ソーラーセルの製造装置１０４を圧力容器５０の内部に収容することができる。第２の実施形態の積層ソーラーセルの製造装置１０２及び第３の実施形態の積層ソーラーセルの製造装置１０４の詳細は後述する。

（第２の実施形態）
図２及び図３は、第２の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置１０２、積層ソーラーセル４２の製造方法及び積層ソーラーセル４２を説明するための縦断面図である。なお、図２及び図３において第１の実施形態と同じ構成については、同じ名称及び符号を用いる。

第２の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置１０２は、第１のソーラーセル２０と、第２のソーラーセル２２と、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２の間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層３０と、を有する積層体４０を内部に収容する袋体６０と、袋体６０内の気体の一部または全部を脱気する図示しない真空ポンプと、を有し、真空ポンプが袋体６０内を脱気することによって、袋体６０内の内圧と袋体６０外の大気圧との差圧によって積層体４０を加圧し、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２とを電気的に接合し、かつ、接着することを特徴とする。

袋体６０は、その内部を減圧することで積層体４０に密着する柔軟性を有することができる。袋体６０の開口部６６は、図示しない真空ポンプへと接続される。真空ポンプとしては、袋体６０内を脱気して減圧し、後述する適度な真空度が得られればよく、袋体６０の柔軟性や大きさなどの条件に応じて公知の真空ポンプを選択することができる。積層体４０におけるソーラーセルの枚数は、２枚以上であることができる。

第２の実施形態にかかる積層ソーラーセル４２の製造方法は、第１のソーラーセル２０と、第２のソーラーセル２２と、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２の間に形成された導電粒子を含む接着層３０，３２と、を有する積層体４０を袋体６０内に配置し、袋体６０内の気体の一部または全部を脱気する工程を有し、袋体６０内の内圧と袋体６０外の大気圧との差圧によって積層体４０を加圧することによって、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２とを電気的に接合し、かつ、接着することを特徴とする。積層体４０におけるソーラーセルの枚数は、２枚以上であることができる。

図２に示すように、積層体４０は、２つの接着層３０，３２を３枚のソーラーセル２０，２２，２４で挟み込んだ状態で袋体６０内に配置されている。袋体６０は、ガス透過性が低く、柔軟性のあるプラスチック製の袋体を用いることができる。積層体４０の構成は、図１と同様であるのでここでの説明は省略する。

積層体４０を内部に配置した袋体６０は、開口部６６から袋体６０内の気体の一部または全部を脱気する（図２では符号Ｖで示す）。開口部６６は、図示しない真空ポンプ等へと接続されており、脱気することで袋体６０内を減圧状態にすることができる。

図３に示すように、脱気された袋体６０は、内部に収容された積層体４０にぴったりと
張り付く。袋体６０内の真空度は、積層体４０に必要とされる加圧力によって設定することができる。脱気された袋体６０内の内圧は、例えば、０．０８ＭＰａ以下であることができる。袋体６０内に納められた積層体４０には、大気圧から袋体６０内の内圧を差し引いた圧力をかけることができる。例えば、袋体６０内の内圧が０．０８ＭＰａであれば、大気圧（０．１ＭＰａ）から０．０２ＭＰａの圧力が積層体４０に加えられることになる。

この大気圧と袋体６０の内圧との差によって積層体４０は加圧され、接着層３０，３２によってソーラーセル２０，２２，２４が接着し、かつ、電気的に接合する作用が働くことになる。そして、接着層３０，３２が十分に硬化した後に袋体６０を開封し、袋体６０の中から積層ソーラーセル４２を取り出す。第２の実施形態の製造方法によれば、複数のソーラーセルを積層して接着する際に、ソーラーセルの破損不良を低減することができる。特に、堅牢な圧力容器を用いることなく、比較的安価な袋体を採用することで、より製造コストを低減することができる。

袋体６０は、製造工程の間、脱気による減圧状態を維持できるのに十分なほど低いガス透過性を有し、かつ、減圧によって積層体４０に密着する柔軟性を有していれば、プラスチック製に限らず、他の材質を用いることもできる。また、袋体４０は、脱気する際に、開口部６６を除く四辺が密閉された袋状になって内部を適度な減圧状態とすることができればよい。

さらに、大気圧と袋体６０の内圧との圧力差だけではソーラーセル２０，２２，２４同士の接着や電気的な接合が不十分な場合には、さらに、積層体４０を袋体６０の内部に収容し、かつ袋体６０内の減圧状態を維持したまま積層体４０を図１に示した圧力容器５０内に配置し、第１の実施形態と同様にして積層体４０を高圧ガスＧで加圧することができる。このようにすることで、積層体４０をより確実に電気的に接合することができる。

（第３の実施形態）
図４及び図５は、第３の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置１０４、積層ソーラーセル４２の製造方法及び積層ソーラーセル４２を説明するための縦断面図である。

図５に示す第３の実施形態にかかる積層ソーラーセルの製造装置１０４は、第１のソーラーセル２０と、第２のソーラーセル２２と、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２の間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層３０と、を有する積層体４０を内部に収容する袋体６０と、袋体６０内の気体の一部または全部を脱気する図示しない真空ポンプと、積層体４０の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面６５を有する支持体６４と、支持体６４を収容し、内部の気体の一部または全部を脱気する第１の袋体６２と、を有し、袋体６０は、支持体６４の支持面６５で第１の袋体６２を介して積層体４０を支持した状態で収容し、真空ポンプが袋体６０内を脱気することによって、袋体６０内の内圧と袋体６０外の大気圧との差圧によって積層体４０を加圧し、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２とを電気的に接合し、かつ、接着することを特徴とする。

積層ソーラーセルの製造装置１０４は、第１の袋体６２の開口部６８に接続される図示しない真空ポンプを有することができる。第1の袋体６２の開口部６８に接続される真空ポンプは、袋体６０の開口部６６に接続される真空ポンプとは別に設けてもよいし、同じものを用いてもよい。真空ポンプとしては、公知の真空ポンプを採用することができる。

第３の実施形態にかかる積層ソーラーセル４２の製造方法は、積層体４０の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面６５を有する支持体６４を用意する工程を有し、この工程の後に第２の実施形態の製造方法における脱気する工程を実施することができる。この場
合、脱気する工程は、積層体４０の一方の表面（すなわち図４における被支持面２１）の全体を支持体６４の支持面６５で支持した状態で袋体６０内に配置し、袋体６０内の気体の一部または全部を脱気する工程とすることができる。

まず、図４に示すように、支持体６４を用意する工程は、支持体６４を第１の袋体６２内に配置する第１の工程と、第１の袋体６２内の気体の一部または全部を脱気する第２の工程と、を有することができる。第２の工程は、第１の袋体６２の開口部６８を図示しない真空ポンプなどに接続して脱気する（図４における符号Ｖ）。

次に、図５に示すように、第１の袋体６２内に入れられた支持体６４は、積層体４０を支持面６５上に載置して袋体６０内に入れられる。その後、第２の実施形態で説明した脱気する工程を実施することができる。このとき、支持体６４の支持面６５が第１の袋体６２を介して積層体４２を支持することになる。また、第１の袋体６２内の気体を脱気する第２の工程は、支持体６４が積層体４０と共に袋体６０に入れられる前に行うこともできるし、袋体６０内の気体を脱気する工程と一緒に行うこともできる。

第１の袋体６２は、袋体６０と同様に、脱気による減圧状態を維持できるのに十分なほど低いガス透過性を有し、かつ、減圧によって支持体６４に密着する柔軟性を有していれば、プラスチック製に限らず、他の材質を用いることもできる。このように、支持体６４を第１の袋体６２に入れた状態で積層体４０を支持することによって、脱気する工程または高圧ガスによる加圧工程の後に、第１の袋体６２を開封すると、第１の袋体６２内に空気が流れ込んで第１の袋体６２が変形し、第１の袋体６２と積層ソーラーセル４２とを容易に分離することができる。

支持体６４の支持面６５は、積層体４０の表面２１と同じかそれより大きな面積を有することができる。本実施形態において支持体４０は、積層体４０の下にのみ配置して積層体４０を支持しているが、積層体４０の上にも配置して積層体４０を挟み込むようにすることもできる。

積層体４０を支持面６５上に直接載置して支持した場合、積層体４０の被支持面２１及び支持体６４の支持面６５が平滑であると、脱気させた時に密着し、両者を分離させにくくなり、最悪の場合、分離する際にセルを破損させるおそれがあるが、例えば、支持面６５に極めて微細な溝や凹凸を多数設けておくことで容易に分離することができる。このような溝や凹凸は、積層体４０を加圧する際にソーラーセル２０，２２，２４を破損させない程度に微細に形成することができる。

上記実施形態においては、３枚の異なるバンドギャップを有するソーラーセルを接着した構成としたが、本発明はこれに限らない。本発明に係る積層ソーラーセルの製造方法は、異なるバンドギャップを有する２つ以上のソーラーセルを低バンドギャップから高バンドギャップの順に積層した構成において適用することができる。積層する数が多いほど、太陽光の利用効率が上がり、光電変換効率が向上する。

また、上記実施形態では、半導体によるソーラーセルの積層に適用したが、その他、有機ソーラーセル、色素増感型ソーラーセルにも同様に本発明を適用することができる。

バンドギャップが異なるソーラーセルを構成する半導体としては、Ｓｉ、Ｇｅ、化合物半導体等が用いられる。例えばＧａＮ（３．５ｅＶ）、ＧａＡｓ（１．４ｅＶ）、Ｓｉ（１．１ｅＶ）、Ｇｅ（０．７ｅＶ）、その他の化合物半導体によるソーラーセルから選択して、バンドギャップを異にする複数のソーラーセルを接着して本発明の積層ソーラーセルを構成することができる。

このように、上記実施形態に係る積層ソーラーセルの製造方法によれば、独立して作成された複数の異種ソーラーセルを接着することができ、太陽光の利用効率を上げて高光電変換効率を向上することができる。上記実施形態では、例えば、市販の異種ソーラーセルを利用してこれらを接着することができ、コストが安く、かつ短時間で多量の高光電変換効率の積層ソーラーセルを製造することができる。

積層ソーラーセル４２は、あらゆるサイズの直径を有するソーラーセルを積層して形成することができる。積層ソーラーセル４２は、第１のソーラーセル２０と、第２のソーラーセル２２と、第１のソーラーセル２０と第２のソーラーセル２２の間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層３０と、を有し、第１のソーラーセル２０及び第２のソーラーセル２２の直径は、４インチ以上であることを特徴とする。積層ソーラーセル４２は、近年の薄型化や比較的割れやすい材質であっても、複数の接着層を介して直径が４インチ以上の複数枚のソーラーセルを積層することができる。積層ソーラーセル４２は、第１〜第３の実施形態のいずれか１つの方法によって得ることができる。

また、積層ソーラーセル４２は、第１のソーラーセル２０及び第２のソーラーセル２２の直径が４インチ〜１２インチであることができる。

積層ソーラーセル４２は、第１のソーラーセル２０及び第２のソーラーセル２２のいずれか一方または両方の厚さが２μｍ〜５００μｍであることができる。さらに、積層ソーラーセル４２は、第１のソーラーセル２０及び第２のソーラーセル２２のいずれか一方または両方の厚さが２μｍ〜２００μｍであることができる。

２枚の厚さ５００μｍ、面積２０ｃｍ^２の低抵抗シリコン基板を接着層によって貼り合わせて積層体とした。接着層の厚さは約５００μｍであった。接着層は、粒径２５μｍ〜３２μｍのＩＴＯ粒子を分散させたエポキシ系樹脂バインダー（セメダイン社製スーパー３０）を用いた。

この積層体を袋体に入れ、袋体内部を０．０６ＭＰａまで減圧し、さらに、袋体と共に積層体を圧力容器内に配置し、圧力容器内に０．３ＭＰａの高圧ガスを導入し、接着層が硬化するまで１２０分間その状態を保持した。高圧ガスによって接着層は押しつぶされてシリコン基板に沿って薄く延び、接着層の厚さは約２５μｍになった。積層されたシリコン基板は破損していなかった。袋体は、２００ｍｍ×２００ｍｍのプラスチック製であった。

図６に示すように、圧力容器から取り出した積層ソーラーセル４２のシリコン基板２０，２２に電極を接続し、接合抵抗を測定した。接着層３２は、エポキシ系バインダー４に多数のＩＴＯ粒子３が分散し、２枚のシリコン基板２０，２２を接着しかつ電気的に接合している。測定結果は、図７に示した通りであった。図７は、電圧−電流特性図であり、リニアなオーミック特性が得られ、接合抵抗として１．８Ωｃｍ^２の低抵抗接合が実現できた。

また、この接着層の光透過率を測定するため、シリコン基板の代わりに透明ガラス基板を用いて同様にエポキシ系樹脂バインダー（セメダイン社製スーパー３０）を用いて積層し、光透過率を測定した。図８は、実施例１の積層ソーラーセルの波長−光透過率特性図である。光透過率は、８０％以上であった。

非常に割れやすいとされる厚さ１５０μｍ、直径４インチ（１００ｍｍ）のゲルマニウム基板２枚を実施例１と同じ接着層で貼り合わせて積層体を作製した。

次に、表面に凹凸の無い直径１５０ｍｍの金属板を２００ｍｍ×２００ｍｍのプラスチック製の第１の袋体に入れ、第１の袋体内圧が０．０６ＭＰａになるまで減圧し、密封した。

第１の袋体に収納した状態の金属板に積層体を載せて、２００ｍｍ×２００ｍｍのプラスチック製の他の袋体に入れ、他の袋体内圧が０．０６ＭＰａになるまで減圧し、密封した。

金属板と積層体とを収納した袋体を圧力容器内に配置し、圧力容器内に０．３ＭＰａの高圧ガスを導入し、接着層が硬化するまで１２０分間その状態を保持した。

圧力容器から取り出された積層されたゲルマニウム基板は、破損していなかった。図９は、実施例２によって製造された積層されたゲルマニウム基板４２の写真である。

１ソーラーセル、１ａ、１ｂ表面、２ソーラーセル、２ａ、２ｂ表面、３導電粒子、４有機バインダー、５接着剤、６加熱手段、８表面電極、９裏面電極、１１積層ソーラーセル、２０、２２、２４ソーラーセル、２１被支持体、３０、３２
接着層、４０積層体、４２積層ソーラーセル、５０圧力容器、５２導入部、５４ボルト、５６保持部材、６０、６２袋体、６４支持体、６５支持面、６６、６８開口部、１００積層ソーラーセルの製造装置、１０２積層ソーラーセルの製造装置、１０４積層ソーラーセルの製造装置、Ｆ圧力、Ｇ高圧ガス、Ｌ太陽光、Ｖ脱気

Claims

第１のソーラーセルと、第２のソーラーセルと、該第１のソーラーセルと該第２のソーラーセルの間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層と、を有する積層体の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面を有する支持体を用意する工程と、
前記積層体を袋体内に配置し、該袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程と、
前記積層体を圧力容器内に配置する工程と、
前記圧力容器内に高圧ガスを導入し、前記積層体を高圧ガスによって加圧することで前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを電気的に接合し、かつ、接着する工程と、
を有し、
前記脱気する工程は、前記積層体の前記表面を前記支持体の前記支持面で支持した状態で前記袋体内に配置し、前記袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程であり、
前記積層体を前記圧力容器内に配置する工程は、前記袋体内が減圧状態を維持したまま前記積層体を前記圧力容器内に配置し、
前記支持体を用意する工程は、前記支持体を第１の袋体内に配置する第１の工程と、前記第１の袋体内の気体の一部または全部を脱気する第２の工程と、を有し、
前記脱気する工程は、前記支持体の前記支持面が前記第１の袋体を介して前記積層体を支持した状態で行ない、
前記電気的に接合し、かつ、接着する工程の後に、前記第１の袋体を開封して前記第１の袋体内に空気を導入する工程を含むことを特徴とする、積層ソーラーセルの製造方法。
請求項１において、
前記圧力容器内に導入された高圧ガスは、０．１５ＭＰａ〜０．９ＭＰａであることを特徴とする、積層ソーラーセルの製造方法。
第１のソーラーセルと、第２のソーラーセルと、該第１のソーラーセルと該第２のソーラーセルの間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層と、を有する積層体の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面を有する支持体を用意する工程と、
前記積層体を袋体内に配置し、該袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程と、
を有し、
前記袋体内の内圧と前記袋体外の大気圧との差圧によって前記積層体を加圧することによって、前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを電気的に接合し、かつ、接着し、
前記脱気する工程は、前記積層体の前記表面を前記支持体の前記支持面で支持した状態で前記袋体内に配置し、前記袋体内の気体の一部または全部を脱気する工程であり、
前記支持体を用意する工程は、前記支持体を第１の袋体内に配置する第１の工程と、前記第１の袋体内の気体の一部または全部を脱気する第２の工程と、を有し、
前記脱気する工程は、前記支持体の前記支持面が前記第１の袋体を介して前記積層体を支持した状態で行ない、
前記脱気する工程の後に、前記第１の袋体を開封して前記第１の袋体内に空気を導入する工程を含むことを特徴とする、積層ソーラーセルの製造方法。
請求項３において、
脱気された前記袋体内の内圧は、０．０８ＭＰａ以下であることを特徴とする、積層ソーラーセルの製造方法。
第１のソーラーセルと、第２のソーラーセルと、該第１のソーラーセルと該第２のソーラーセルの間に形成され、かつ、導電粒子を含む接着層と、を有する積層体を内部に収容する袋体と、
前記積層体の一方の表面の全体を支持する平坦な支持面を有する支持体と、
前記袋体内の気体の一部または全部を脱気する真空ポンプと、
前記支持体を収容し、内部の気体の一部または全部を脱気する第１の袋体と、
を有し、
前記袋体は、前記積層体の前記表面を前記支持体の前記支持面で支持した状態で前記積層体及び前記支持体を内部に収容し、
前記真空ポンプが前記袋体内を脱気することによって、前記袋体内の内圧と前記袋体外の大気圧との差圧によって前記積層体を加圧し、前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを電気的に接合し、かつ、接着するものであって、
前記袋体は、前記支持体の前記支持面で前記第１の袋体を介して前記積層体を支持した状態で収容し、
前記第１の袋体は、前記第１のソーラーセルと前記第２のソーラーセルとを接着した後に開封して前記第１の袋体内に空気を導入することで前記第１の袋体と前記積層体とを分離可能であることを特徴とする、積層ソーラーセルの製造装置。
請求項５において、
脱気された前記袋体内の内圧は、０．０８ＭＰａ以下であることを特徴とする、積層ソーラーセルの製造装置。