JP6403307B2

JP6403307B2 - 封止膜形成方法及び光電変換モジュール

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Publication number: JP6403307B2
Application number: JP2014105566A
Authority: JP
Inventors: 主丹羽; 雅充山下; 高佳藤元
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: JP2015220442A

Description

本発明は、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子、又は、電気エネルギを光エネルギに変換する光電変換素子を覆うことにより外部からの水分の侵入を抑える封止膜の形成方法に関するものである。また、光電変換素子を封止膜で覆われて形成される光電変換モジュールに関するものである。

太陽電池モジュール等の光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換モジュール、有機ＥＬ等の電気エネルギを光エネルギに変換する光電変換モジュールは、基板上に光電変換素子が積層され、その上に樹脂材料で覆うことにより形成されている。例えば、太陽電池モジュールは、図７に示されるように、フィルム等の基板１０１上に光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換素子１０２が気相成長法により形成され、その上に樹脂フィルム等の被覆層で形成されるカバー部材１０３で覆われることによって形成されている。そして、光電変換素子１０２とカバー部材１０３との間には、水分の侵入を防ぐ封止膜１０４が設けられており、光電変換素子１０２を含む基板１０１表面を覆うように設けられている（例えば特許文献１参照）。

近年では、様々なタイプの光電変換モジュール（太陽電池モジュール等）が開発されているため、光電変換素子１０２を含む基板１０１表面の凹凸の差が大きくなるものが存在する。具体的には、図７に示す薄膜系太陽電池モジュール１００の例では、光電変換素子１０２の表面と基板１０１表面とで形成される段差の寸法が一定以上になり、図８（ａ）に示す例では、光電変換素子１０２の表面上に金属ワイヤーを集電電極１０５として使用される場合に光電変換素子１０２表面と金属ワイヤー表面とで形成される段差の寸法が一定以上になる。また、図８（ｂ）に示す例では、基板１０１上に光電変換素子１０２を形成した短冊状の光電変換セル１０６がそれぞれ重ねて接合されるため、光電変換セル１０６同士で形成される段差の寸法が一定以上になる。

しかし、この光電変換素子１０２を含む基板１０１表面の凹凸の差が一定以上になると、封止膜１０４が気相成長法により形成されるため、その凹凸の差を封止膜１０４で埋めることができず、光電変換素子１０２を含む基板１０１表面を封止膜１０４で完全に覆うことが困難になる。すなわち、光電変換素子１０２を含む基板１０１表面と封止膜１０４との間に隙間が形成され、その部分に水分が浸入しやすくなる。

そこで、光電変換素子１０２を含む基板１０１表面上に封止膜１０４を形成する前に、液状材料を塗布して凹凸を平坦化する平坦化膜１０７を形成し、この平坦化膜１０７上に封止膜１０４を形成する太陽電池モジュール１００（光電変換モジュール）が開発されている。この太陽電池モジュール１００は、図９に示すように、ステップＳ１０１により基板１０１上に光電変換素子１０２を形成した後（光電変換素子形成工程）、ステップＳ１０２によりスリットコータ等を使用して液状材料を光電変換素子１０２を含む基板１０１表面上に塗布して平坦化膜１０７が形成される（平坦化膜形成工程）。その後、ステップＳ１０３により、この平坦化膜１０７を加熱乾燥させることによって硬化させ（膜硬化工程）、ステップＳ１０４により、封止膜１０４を気相成長法により形成することにより（封止膜形成工程）、ステップＳ１０５の被覆層形成工程を経て基板１０１上に光電変換素子１０２を有する太陽電池モジュール１００（光電変換モジュール）が形成される。

特開２０１３−００４５５０号公報

しかし、上記平坦化膜１０７を有する太陽電池モジュール１００の製法では、封止膜１０４にムラが発生する等、封止膜１０４の膜質が低下する虞があるという問題があった。すなわち、平坦化膜形成工程の後、膜硬化工程において液状材料を塗布して形成した平坦化膜１０７を乾燥させるが、この乾燥が不十分であると、図１０に示すように、平坦化膜１０７内にアウトガス１１０（膜内に滞留する空気）を含んだ状態で膜硬化工程が終了する。この状態で封止膜形成工程が実行されると、封止膜形成工程は所定の真空度に維持されたチャンバ内で行われるため、平坦化膜１０７に内在するアウトガス１１０が平坦化膜１０７表面に析出しチャンバ内に放出されるという現象が発生する。すなわち、膜硬化工程における大気圧では平坦化膜１０７が一見乾燥しているように見えるが、実際、完全には乾燥できておらず平坦化膜１０７内にアウトガスが留まっていることがある。そして、この状態で平坦化膜１０７がチャンバ内の低圧状態で維持されると、平坦化膜１０７に内在するアウトガス１１０が平坦化膜１０７内で留まっておくことができず、アウトガス１１０が平坦化膜１０７表面に移動したり、平坦化膜１０７表面に移動したアウトガス１１０が形成されつつある封止膜１０４を破ってチャンバ内に放出されたりする場合がある。このように、平坦化膜１０７からアウトガス１１０が放出されると、平坦化膜１０７上に形成された封止膜１０４が剥がれてしまったり（膜剥がれ１１１）、アウトガス１１０が封止膜１０４を突き破らなくても、そのまま封止膜１０４の表面付近に滞留することにより封止膜１０４にシワ、膜浮き１１２が発生する等、封止膜１０４にムラが生じてしまう。その結果、平坦化膜１０７を形成しているにも関わらず、均一な封止膜１０４を形成することができず、封止膜１０４の膜質が低下し、光電変換素子１０２への水分の侵入を抑えることが困難になるという問題があった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、液状材料を塗布して平坦化膜を形成しその上に封止膜を形成する場合であっても、膜質のよい封止膜を形成することができ、光電変換素子への水分の侵入を確実に抑えることができる封止膜形成方法及び、その方法で得られる光電変換モジュールを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の封止膜形成方法は、基板上に光電変換素子を形成し、この光電変換素子を含む基板表面上に水分の侵入を抑える封止膜を形成する封止膜形成方法において、前記光電変換素子を含む基板表面上に液状材料を塗布することにより気相成長法による一様な膜形成を可能にするための前記光電変換素子を含む基板表面を平坦化する平坦化膜形成工程と、前記平坦化膜形成工程により形成された平坦化膜を乾燥させる膜硬化工程と、前記平坦化膜上に封止膜を気相成長法により形成する封止膜形成工程と、をこの順に備え、前記膜硬化工程後、封止膜形成工程前に、平坦化膜に内在し、その平坦化膜の表面に移動して析出するアウトガスを予め除去するアウトガス除去工程を有することを特徴としている。

上記封止膜形成方法によれば、膜硬化工程後、封止膜形成工程前に、平坦化膜に内在するアウトガスを除去するアウトガス除去工程を設けたため、封止膜の膜質の低下を抑えることができる。すなわち、液状材料を塗布して平坦化膜形成した後、アウトガス除去工程を経ることにより、平坦化膜に内在している空気が予め除去されるため、後工程の封止膜形成工程により平坦化膜が低圧環境に曝されてもアウトガスの発生を抑えることができる。したがって、液状材料を塗布して平坦化膜形成した後、平坦化膜上に封止膜を形成してもアウトガスの影響を受けるのを抑えて一様な膜質のよい封止膜を形成することができ、光電変換素子への水分の侵入を確実に抑えることができる。

また、前記アウトガス除去工程は、前記封止膜形成工程の製膜圧力よりも低い圧力環境下で行われる構成とすることができる。

この構成によれば、アウトガス除去工程では、平坦化膜が封止膜形成工程の製膜圧力よりも低い圧力環境下に曝されるため、平坦化膜は予め封止膜形成工程よりもアウトガスが放出されやすい環境に置かれることになり、平坦化膜に内在する空気が平坦化膜の表面に析出しやすくなる。その後、封止膜形成工程では、チャンバ内がアウトガス除去工程で維持された圧力よりも高い圧力に維持されるため、仮にアウトガス除去工程で放出されなかった空気は、封止膜形成工程のチャンバ内に放出されにくく、そのまま平坦化膜内に滞留する。すなわち、事前に封止膜形成工程の製膜圧力以下の圧力に曝されるため、その後の封止膜形成工程で平坦化膜が製膜圧力に曝されても平坦化膜からアウトガスが放出されるのを抑えることができる。したがって、封止膜形成工程では、アウトガスの放出を抑えることができ、平坦化膜上に膜質のよい封止膜を形成することができる。

また、前記平坦化膜が熱硬化性材料で形成される場合に、前記膜硬化工程は加熱乾燥処理が行われ、その加熱乾燥処理温度は前記封止膜形成工程の製膜温度よりも高い温度で行われる構成にしてもよい。

この構成によれば、封止膜形成工程前の膜硬化工程で、平坦化膜が封止膜形成工程よりもアウトガスが放出されやすい環境に曝されるため、平坦化膜に内在する空気をより減らしつつ平坦化膜を硬化させることができる。すなわち、事前に封止膜形成工程の製膜温度以上の温度に曝されるため、その後の封止膜形成工程で平坦化膜が製膜温度で曝されても平坦化膜からアウトガスが放出されるのを抑えることができる。

本発明の封止膜形成方法及び、光電変換モジュールによれば、液状材料を塗布して平坦化膜を形成しその上に封止膜を形成する場合であっても、膜質のよい封止膜を形成することができ、光電変換素子への水分の侵入を確実に抑えることができる。

本発明の一実施形態における光電変換モジュール（太陽電池モジュール）の構成を示す概略図である。図１のＡ−Ａ断面図であり、太陽電池モジュールの集電電極付近の断面図である。集電電極付近の断面における拡大図である。本発明の一実施形態における封止膜形成方法を示すフローチャートである。平坦化膜にアウトガス放出痕が形成されている状態を示す光電変換モジュールの断面図である。他の実施形態における光電変換モジュール（太陽電池モジュール）を示す図であり、（ａ）は、太陽電池モジュール全体を示す概略図であり、（ｂ）は、セル接合体を示す断面図である。従来の光電変換モジュール（太陽電池モジュール）を示す図である。従来の光電変換モジュールを示す断面拡大図であり、（ａ）は、光電変換素子上に集合電極が設けられた例を示す図であり、（ｂ）は、光電変換セルの一部同士を重ね合わせて接合されるタイプの太陽電池モジュールを示す図である。従来の光電変換モジュールの形成方法を示すフローチャートである。従来の光電変換モジュールにおいてアウトガスが内在する状態を示す図である。

本発明の光電変換モジュールの実施の形態について図面を用いて説明する。光電変換モジュールには、光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池モジュール、電気エネルギを光エネルギに変換する有機ＥＬモジュールが存在するが、本実施形態では一例として太陽電池モジュールを例に説明することとする。

ここで、図１は、本実施形態における太陽電池モジュールの構成を示す概略図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、太陽電池モジュールの集電電極付近の断面図、図３は、集電電極付近の断面における拡大図である。

図１〜図３に示すように、太陽電池モジュール１は、基板２と、光電変換素子３と、被覆層８とを有しており、この順に積層して形成されている。光電変換素子３の表面には、集電電極５が形成されており、基板２と反対側から光が照射されると、光電変換素子３で電気エネルギが発生し、この電気エネルギを集電電極５を通じて取り出すことができるようになっている。なお、本実施形態では、基板２と反対側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１として説明するが、基板２側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１であってもよい。

基板２は、可撓性のあるシート状のフィルムが用いられている。具体的には、樹脂フィルムが用いられており、その表面（光電変換素子３側）には、金属等の導電性材料が塗布されている。この導電性材料は、下部電極（裏面電極）として機能させるものである。また、この基板２上に金属層、又は金属酸化膜層を積層させてもよい。例えば、Ａｌ、Ａｇ等の金属や、ＺｎＯ、ＴｉＯ等の金属酸化物層を用いることにより、裏面反射層として機能させ、光電変換層３ａにおける受光率を向上させてもよい。なお、基板２側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１の場合は、導電性材料、金属層、金属酸化膜層は、透明性の材料を選択する必要がある。

光電変換素子３は、受光した光エネルギを電気エネルギに変換する機能を有するものである。光電変換素子３は、光電変換層３ａと電極層３ｂとを有しており、基板２上に積層して形成されている。この光電変換素子３は、太陽電池モジュール１の種類によって、基板２の表面の一部に形成されるものや、基板２の表面全体に一様に形成されるものがあり、本実施形態では基板２の表面の一部に形成されている。したがって、光電変換素子３を含む基板表面とは、光電変換素子３の表面と基板２の表面とで形成される面である。なお、光電変換素子３が基板２の表面全体に形成されている場合は、光電変換素子３を含む基板表面とは、光電変換素子３の表面である。

光電変換層３ａは、受光した光エネルギを電気エネルギに変換するものである。光電変換層３ａは、特に限定されず、薄膜型、バルク型のどちらを利用してもよい。例えば、ＣＩＧＳを用いてもよく、コストや大面積での製造、エネルギーギャップの大きさなどの観点から、アモルファスシリコンは好適に利用することができる。

電極層３ｂは、太陽電池モジュール１の上部電極の機能を有するものである。本実施形態では、電極層３ｂは、透明導電膜である。この電極層３ｂは、照射された光が光電変換層３ａに効率よく到達するように透明の導電性材料で形成されている。具体的には、ＦＴＯ（フッ素含有酸化スズ）、ＩＴＯ（酸化スズ含有酸化インジウム）や、ＳｎＯ２（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等が好適に用いられる。なお、基板２側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１の場合、電極層３ｂは、透明な材料でなくてもよく、Ａｌ、Ａｇ等でもよい。

被覆層８は、光電変換層３ａ、電極層３ｂを保護するためのものであり、フィルムシート８１と、このフィルムシート８１と電極層３ｂとの間に充填される充填材８２とで形成されている。フィルムシート８１は、フッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂を含む複合フィルムで形成される薄いフィルムシート８１である。また、充填材８２は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の熱硬化性樹脂で形成されるものである。この被覆層８により、内部の光電変換層３ａ、電極層３ｂ等が外部から保護されている。

また、電極層３ｂ上には、集電電極５が設けられている。この集電電極５は、光電変換層３ａで発生した電気エネルギを太陽電池モジュール１の端部に設けられた取り出し電極９から効率よく取り出すためのものである。すなわち、光電変換層３ａで発生した電気エネルギが電気抵抗の大きい電極層３ｂを通じて取り出し電極９に移動するよりも、電気抵抗の低い集電電極５を通じて取り出し電極９に移動する方が電気抵抗によるロスを小さくして取り出すことができる。

集電電極５は、一方向に延びる形状を有しており、一方端が取り出し電極９に電気的に接続され、他方端が取り出し電極９の反対側に向かって延びている。すなわち、基板２上の端部には、取り出し電極９が絶縁膜を介して設けられており、この取り出し電極９に集電電極５の端部が電気的に接続されている。そして、集電電極５は、取り出し電極９に接続される側から反対側に一方向に延びた状態で設けられている。また、集電電極５は、複数設けられており、電極層３ｂ表面にそれぞれの集電電極５が同じ方向に延びるように配置されている。この集電電極５は、Ｃｕ等の金属製のワイヤ５ａが用いられており、その表面には導電性材料が塗布されている。そして、それぞれの集電電極５は、一方向に延びる姿勢で電極層３ｂの表面に配列されており、図２に示すように、電極層３ｂの表面に、断面ほぼ円形の複数の集電電極５がほぼ等間隔に配置されている。また、集電電極５と電極層３ｂとが金属ペースト等の導電性材料（不図示）を通じて通電可能になっており、光電変換層３ａで発生した電気的エネルギは電極層３ｂを通じて最も近い集電電極５に移動し、この集電電極５を通じて取り出し電極９に移動できるようになっている。なお、集電電極５と電極層３ｂとの間に設けられる金属ペースト等の導電性材料は省略することもできる。

また、光電変換素子３を含む基板２表面、すなわち、集電電極５を含む電極層３ｂの表面には、平坦化膜６及び封止膜７が形成されている。具体的には、平坦化膜６と封止膜７とは、集電電極５を含む電極層３ｂの表面を一様に覆うように形成されている。この平坦化膜６と封止膜７とによって、光電変換層３ａ、電極層３ｂへの水分の浸入を抑えることができる。

平坦化膜６は、集電電極５を含む電極層３ｂの表面を平坦化するものであり、集電電極５と電極層３ｂとで形成される段差（凹み）を平坦化するものである。すなわち、図３に示すように、集電電極５に用いられる金属製のワイヤ５ａは、一方向に延びる方向と直交する方向の断面形状において、その幅寸法ｍが高さ方向中央部分で最大幅寸法Ｍになり、電極層３ｂに接する部分の幅寸法ｍは、最大幅寸法Ｍに比べて小さく形成されている。すなわち、集電電極５と電極層３ｂとによって括れた部分Ｐが形成されている。通常、基板２上の各層の形成には気相成長法により形成されるため、封止膜７を気相成長法により形成する方がすべての層を連続的に製造できるため生産効率がよい。ところが、封止膜７を気相成長法で形成しようとすると、括れた部分Ｐにガス粒子が到達できず、集電電極５を含む電極層３ｂの表面に一様な封止膜７を形成することができない。そこで、集電電極５を含む電極層３ｂの表面に液状体の平坦化膜６を塗布して形成することにより、括れた部分Ｐが平坦化され一様な封止膜７を形成することができる。

この平坦化膜６は、固形分濃度２０％の主成分をシロキサンとした熱硬化性樹脂材料（液状体）であり、この液状材料を乾燥させることにより形成される。例えば、スリットノズルコータ等の塗布装置を利用してシロキサンの液状体を塗布することにより平坦化膜６が形成される。具体的には、スリットノズルから電極層３ｂ上に液状体を塗布してスリットノズルと電極層３ｂとを液状体で連結する。そして、スリットノズルと基板２とを相対的に走査させつつ、スリットノズルから液状体を塗布することにより形成する。これにより、集電電極５を含む電極層３ｂの表面に一様の液状体の薄膜が形成される。この液状体は、ある程度流動性を有しているため、電極層３ｂの表面に塗布された後、括れた部分Ｐに液状体が浸入し、集電電極５を含む電極層３ｂの表面の形状に沿うように変形する。すなわち、塗布された液状体は、括れた部分Ｐに移動するため、括れた部分Ｐが液状体で埋められることにより平坦化される。具体的には、塗布された液状体が乾燥されると、括れた部分Ｐは、Ｒ（アール）状に形成され、集電電極５を含む電極層３ｂの表面は、なめらかな曲面状に形成される。すなわち、集電電極５を含む電極層３ｂの表面に平坦化膜６が形成されることにより、気相成長法によるガス粒子が一様に堆積することが可能な表面を形成することができる。

このようにして、液状体を塗布した後、乾燥させて形成された平坦化膜６は、括れた部分Ｐと、他の部分とで厚みが異なっている。具体的には、図３に示されるように、括れた部分Ｐの厚みｔｒが他の部分の厚みｔｐ１、ｔｐ２に比べて厚く形成される。すなわち、集電電極５を含む電極層３ｂの表面に液状体を塗布することにより、金属製のワイヤ５ａから伝ってくる液状体と、電極層３ｂ表面に塗れ広がる液状体とが括れた部分Ｐに集中し液溜まり６ａが形成されるため、括れた部分Ｐに存在する平坦化膜６の厚みが他の部分に比べて厚くなり、集電電極５を含む電極層３ｂの表面全体が滑らかな状態に形成される。

この集電電極５を含む電極層３ｂ、すなわち、光電変換素子３を含む基板２表面を覆う平坦化膜６表面には、アウトガス放出痕６１が形成されている（図５参照）。このアウトガス放出痕６１は、後述するアウトガス除去工程を経ることにより形成されるものである。アウトガス放出痕６１は、ほぼ円形の凹形状を有しており、平坦化膜６の表面に複数散在している。このアウトガス放出痕６１は、平坦化膜６が一度乾燥されてから形成される。具体的には、平坦化膜６を乾燥させる膜硬化工程後、アウトガス除去工程により低圧環境に曝されることにより、平坦化膜６に内在する平坦化膜６の表面に放出される。したがって、アウトガス放出痕６１は、平坦化膜６の表面に形成されたほぼ半球形状を深さ方向に変位した形状を有している。なお、膜硬化工程後でも平坦化膜６に内在するアウトガスが表面に放出される場合があるが、放出された直後は、平坦化膜６の表面にほぼ半球形状に形成されるが、乾燥途中の平坦化膜６の流動性によりその後、滑らかな凹形状に変形する点でアウトガス除去工程後に形成されるアウトガス放出痕６１とは異なるものである。

また、封止膜７は、光電変換層３ａ、電極層３ｂへの水分の浸入を抑えるものである。この封止膜７は、バッファ層７１とバリア層７２とを有しており、これらが交互に積層されることにより形成されている。すなわち、バッファ層７１が下側、その上にバリア層７２となるように繰り返して形成されている。本実施形態では、バッファ層７１及びバリア層７２は、気相成長法により１層ずつ形成されているが、バッファ層７１及びバリア層７２を複数層繰り返して形成することにより水分の浸入防止の効果を高めることができる。

バッファ層７１は、無機物で形成されている。この「無機物」とは、有機物を除く物質であり、具体的には、炭素骨格を持たない物質である。つまり、無機物には、合成／天然樹脂及び炭素骨格（炭化水素骨格を含む）を有するその他化合物は含まれない。具体的には、バッファ層７１はシリコン系膜であり、例えば、バッファ層７１は、Ｈ（水素），Ｃ（炭素）及びＳｉ（ケイ素）を含むシリコン系膜である。本実施形態では、ＳｉＣＮ（シアン化ケイ素）が用いられている。なお、一のバッファ層７１の組成と他のバッファ層７１の組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

バリア層７２は、無機物で形成されており、バッファ層７１よりも高い密度を有している。バリア層７２の密度は具体的な数値に限定されるものではないが、水や酸素が太陽電池セルに浸入するのを防止できる程度であればよい。バリア層７２は、具体的には、シリコン系膜であって、Ｓｉ並びにＯ（酸素）及び／又はＮ（窒素）を含んでいることが好ましく、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることが好ましい。本実施形態では、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）が用いられている。なお、一のバリア層７２の組成と他のバリア層７２の組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

次に、本実施形態における太陽電池モジュール１（光電変換モジュール）の封止膜形成方法について図４のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１により、基板２上に光電変換素子３を形成する（光電変換素子形成工程）。すなわち、金属酸化膜層が形成されたフィルム状の基板２上に気相成長法により、光電変換層３ａ、電極層３ｂを積層させることにより光電変換素子３を形成する。具体的には、一定の真空度に保たれたチャンバ内に基板２を配置し、プラズマ雰囲気に原料ガスを曝すことにより光電変換層３ａ、電極層３ｂを形成する。これにより基板２上に一様な光電変換素子３が形成される。そして、必要な場合には、電極層３ｂ上に集電電極５が形成される。本実施形態では、電極層３ｂ上に導電材料を介してＣｕ製のワイヤ５ａが配置される。すなわち、ワイヤ５ａの一方端を取り出し電極９に接続し、取り出し電極９と反対側に延びるようにワイヤ５ａを複数本配置することにより電極層３ｂ上に集電電極５が形成される。

次に、ステップＳ２により、光電変換素子３を含む基板２上に平坦化膜６を形成する（平坦化膜形成工程）。具体的には、スリットコータにより平坦化膜６の液状材料を塗布することにより形成する。本実施形態では、固形分濃度２０％の主成分をシロキサンとした熱硬化性樹脂材料（液状体）を光電変換素子３が形成された基板２の表面上（集電電極５を含む電極層３ｂの表面及び基板２表面上）に塗布することによって形成する。具体的には、スリットノズルから電極層３ｂ上に液状材料を塗布してスリットノズルと電極層３ｂとを液状材料で連結する。そして、スリットノズルと基板２とを相対的に走査させつつ、スリットノズルから液状材料を塗布することにより形成する。

次に、ステップＳ３により、液状材料を塗布することにより形成した平坦化膜６を乾燥することにより硬化させる（膜硬化工程）。具体的には、平坦化膜６が形成された基板２をホットプレート上に配置することにより乾燥させる。ホットプレートは、所定の温度に加熱されており、本実施形態では、平坦化膜６が後述の封止膜形成工程の製膜温度以上の温度に維持される温度に設定されている。すなわち、平坦化膜６が製膜温度以上の温度に維持されるため、平坦化膜６に内在するアウトガスが封止膜形成工程よりも放出されやすい環境に曝される。これにより、平坦化膜６に内在するアウトガスが封止膜形成工程よりも前工程で放出させることができることができ、封止膜形成工程で形成した封止膜に剥がれ、シワ等のムラが形成されるのを抑えることができる。

次に、ステップＳ４により、平坦化膜６に内在するアウトガスを除去する（アウトガス除去工程）。具体的には、膜硬化工程後の平坦化膜６が形成された基板２をチャンバ内に収容し、低圧環境に維持することにより行われる。このチャンバ内の圧力は、後述の封止膜形成工程における製膜圧力よりも低い圧力に設定される。これにより、平坦化膜６に内在するアウトガスを減少させることができる。すなわち、チャンバ内の圧力が製膜圧力よりも低い圧力に設定されることにより、平坦化膜６に内在するアウトガスは、封止膜形成工程よりも放出されやすい環境に曝されることになる。したがって、膜硬化工程後に平坦化膜６に内在するアウトガスは、この低圧環境下では、平坦化膜６の表面上に移動し、中には平坦化膜６の表面からチャンバ内に出るものも存在する。そして、内在するアウトガスが平坦化膜６の表面から放出された場合は、その場所にアウトガス放出痕６１が形成される。このようにして、平坦化膜６がいわゆる脱気される状態になり、平坦化膜６に内在するアウトガス量を減少させることができる。

次に、ステップＳ５により、平坦化膜６上に封止膜を形成する（封止膜形成工程）。具体的には、一定の真空度に保たれたチャンバ内に基板２を配置し、気相成長法によりバッファ層７１とバリア層７２を交互に複数層積層することにより封止膜７を形成する。すなわち、第１のチャンバでバッファ層７１の原料ガスをプラズマ環境に曝してバッファ層７１を形成し、次に第２のチャンバでバリア層７２の原料ガスをプラズマ環境に曝してバッファ層７１上にバリア層７２を形成する。これを交互に繰り返すことによりバッファ層７１、バリア層７２、バッファ層７１・・というようにバッファ層７１とバリア層７２を交互に複数積層させた封止膜７を形成することができる。

また、チャンバ内は、バッファ層７１及びバリア層７２の製膜に適した製膜圧力に設定されている。すなわち、バッファ層７１、バリア層７２の材料により、それぞれ適した圧力が設定される。なお、アウトガス除去工程におけるチャンバの圧力は、これらの製膜圧力のうち、低い方の圧力を基準に設定される。例えば、バリア層７２の製膜圧力よりもバッファ層７１の製膜圧力の方が低ければ、アウトガス除去工程では、バッファ層７１の製膜圧力よりも低い圧力に設定される。

また、チャンバ内は、バッファ層７１及びバリア層７２の製膜に適した製膜温度に設定されている。すなわち、チャンバ内では、バッファ層７１、バリア層７２の原料ガスがプラズマ環境で反応するが、それぞれ、その反応に適した製膜温度に設定されている。なお、膜硬化工程におけるホットプレートの温度は、これらの製膜温度のうち、高い方の温度を基準に設定される。例えば、バリア層７２の製膜温度よりもバッファ層７１の製膜温度の方が高ければ、膜硬化工程では、平坦化膜６がバッファ層７１の製膜温度よりも高い温度になるようにホットプレートの温度が設定される。

ここで、アウトガス除去工程後の平坦化膜６に依然アウトガスが存在していた場合であっても、内在するアウトガスが封止膜形成工程で放出されることはない。すなわち、封止膜形成工程では、アウトガス除去工程よりも製膜圧力が高く、膜硬化工程よりも製膜温度が低い環境で行われるため、平坦化膜６に内在するアウトガスは平坦化膜６の表面に移動せず、その位置で留まることになる。すなわち、アウトガス除去工程で平坦化膜６の表面付近に移動したアウトガスは、封止膜形成工程では、より高い圧力環境に曝されるため、より移動しにくくなり、アウトガスがその位置からさらに移動するのが抑えられる。すなわち、封止膜７の形成が開始された後、平坦化膜６に内在するアウトガスが表面から放出されるのが抑えられ、すでに形成された封止膜７がアウトガスの放出により荒らされるのが抑制される。

そして、最後にステップＳ６により封止膜７上に被覆層８を形成する（被覆層形成工程）。すなわち、封止膜７上にフィルムシート８１を配置し、封止膜７とフィルムシート８１との間に充填材８２を介在させることにより太陽電池モジュール１（光電変換モジュール）が形成される。

以上、本実施形態の太陽電池モジュール１及び封止膜７形成方法によれば、膜硬化工程後、封止膜形成工程前に、平坦化膜６に内在するアウトガスを除去するアウトガス除去工程を設けたため、封止膜７の膜質の低下を抑えることができる。すなわち、液状材料を塗布して平坦化膜６形成した後、アウトガス除去工程を経ることにより、平坦化膜６に内在している空気が予め除去されるため、後工程の封止膜形成工程ににおいて、平坦化膜６が低圧環境に曝されてもアウトガスの発生を抑えることができる。したがって、液状材料を塗布して平坦化膜６形成した後、平坦化膜６上に封止膜７を形成しても一様な膜質のよい封止膜７を形成することができ、光電変換素子３への水分の侵入を確実に抑えることができる。そして、封止膜形成工程前に平坦化膜６に内在する空気を除去するアウトガス除去工程を行うことにより、平坦化膜６にアウトガス放出痕６１が形成されるが、このアウトガス放出痕６１は微少な凹凸形状であるため、その後、封止膜形成工程を行うことにより、平坦化膜６上には一様な封止膜７が形成される。すなわち、光電変換素子３への水分の侵入を確実に抑えることができる太陽電池モジュール１（光電変換モジュール）とすることができる。

また、上記実施形態では、集電電極５が金属製のワイヤ５ａである例について説明したが、金属製のワイヤ５ａに代えて、厚み約３０μｍ程度よりも厚みのある導電性部材（例えば金属ペースト）であってもよい。

また、上記実施形態では、１枚の基板２上に光電変換素子３が形成される太陽電池モジュール１の例について説明したが、図６に示すように、短冊状の基板２上に光電変換素子３を有する太陽電池セル１０を複数形成し、これらを重ね合わせた状態で接合した太陽電池モジュール１（光電変換モジュール）であってもよい。すなわち、太陽電池セル１０を重ね合わせてセル接合体１０ａを形成し、この光電変換素子３を含む基板２表面に液状材料を塗布することにより平坦化膜６を形成する（平坦化膜形成工程）。そして、このセル接合体１０ａの平坦化膜６を乾燥させて硬化させ（膜硬化工程）、平坦化膜６のアウトガスを除去した後（アウトガス除去工程）、封止膜７を形成して（封止膜形成工程）、太陽電池モジュール１とする。これにより、各太陽電池セル１０同士が形成する段差を平坦化することができるため、セル１０同士の段差に隙間を形成することなく封止膜７を形成することができる。そして、封止膜形成工程前に平坦化膜６に内在する空気を除去するアウトガス除去工程を行うことにより、平坦化膜６にアウトガス放出痕６１が形成されるが、このアウトガス放出痕６１は微少な凹凸形状であるため、その後、封止膜形成工程を行うことにより、平坦化膜６上には一様な封止膜７が形成される。すなわち、光電変換素子３への水分の侵入を確実に抑えることができる太陽電池モジュール１（光電変換モジュール）とすることができる。

また、上記実施形態では、平坦化膜６が熱硬化性材料である例について説明したが、光硬化性材料を用いたものであってもよい。この場合には、平坦化膜形成工程において、光硬化性材料の液状体を塗布することによって平坦化膜６を形成し、膜硬化工程において、紫外線照射を行って平坦化膜６を硬化させる。その後、アウトガス除去工程により封止膜７の製膜圧力よりも低い環境に保持した後、封止膜形成工程を行うことにより光電変換モジュールを形成することができる。

１太陽電池モジュール
２基板
３光電変換素子
３ａ光電変換層
３ｂ電極層
５集電電極
６平坦化膜
７封止膜
６１アウトガス放出痕

Claims

基板上に光電変換素子を形成し、この光電変換素子を含む基板表面上に水分の侵入を抑える封止膜を形成する封止膜形成方法において、
前記光電変換素子を含む基板表面上に液状材料を塗布することにより気相成長法による一様な膜形成を可能にするための前記光電変換素子を含む基板表面を平坦化する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜形成工程により形成された平坦化膜を乾燥させる膜硬化工程と、
前記平坦化膜上に封止膜を気相成長法により形成する封止膜形成工程と、
をこの順に備え、
前記膜硬化工程後、封止膜形成工程前に、平坦化膜に内在し、その平坦化膜の表面に移動して析出するアウトガスを予め除去するアウトガス除去工程を有することを特徴とする封止膜形成方法。
前記アウトガス除去工程は、前記封止膜形成工程の製膜圧力よりも低い圧力環境下で行われることを特徴とする請求項１に記載の封止膜形成方法。
前記平坦化膜が熱硬化性材料で形成される場合に、前記膜硬化工程は加熱乾燥処理が行われ、その加熱乾燥処理温度は前記封止膜形成工程の製膜温度よりも高い温度で行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の封止膜形成方法。