JPH03239375A

JPH03239375A - 集積化太陽電池及び太陽電池の集積化法

Info

Publication number: JPH03239375A
Application number: JP2035272A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Kawakami; 総一郎川上; Kimitoshi Fukae; 公俊深江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-02-16
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2862309B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ステンレス基板上に形成された太陽電池素子
を並列に接続した太陽電池に関する。

（従来技術）最近、ＣＯ２の増加による温室効果で地球の温暖化が生
じることが予測され、クリーンなエネルギーの要求がま
すます高まっている。また、ＣＯ２を排出しない原子力
発電も、安全性を疑問視する声もあり、より安全性の高
いクリーンなエネルギーが望まれている。

将来期待されているクリーンなエネルギーの中でも、特
に太陽電池はそのクリーンさと安全性と取扱い易さから
期待が大きい。

各種太陽電池の中で、非晶質シリコンや銅インジュウム
セレナイト等は大面積に製造でき、製造コストも安価で
あることから、熱心に研究されている。

更に、太陽電池の中でも、安価で、耐候性、耐衝撃性、
可どう性に優れていることから、基板材にステンレス等
の金属基板が用いられている。

従来、ステンレス基板上に形成された太陽電池素子を並
列配線した太陽電池では、電流損失をできるだけ少なく
するためにステンレス基板面の両端部に下部電極のため
の集電用バスバーが設けられていた。上記集電用ハスバ
ーの材料としては、ステンレスの比抵抗の１／２０〜１
１５ｏのＡｊ２．Ｃｕ、Ａｇ等か使用される。第４図は
従来のステンレス基板面の両端部に集電用バスバーが設
けられた太陽電池素子の概略図で、（ａ）と（ｂ）はそ
れぞれ光入射側の表面と裏面の平面図である。第４図に
於て、４００はステンレス基板、４０５は下部電極側集
電用バスバー、４１０は同一ステンレス基板上に分割さ
れた太陽電池素子、４０４はフィンガー電極である。該
ハスバーは、接触抵抗を下げ確実な導通な取るために、
太陽電池素子の分離された非発電部位のステンレス基板
面両端部にスポットｍ接などの方法で、多点接続されて
いた。第５図は、第４図に示した同ステンレス基板上に
分割された複数の太陽電池素子を、並列に集積化した太
陽電池の概略図で、（ａ）は光入射側の平面図、（ｂ）
は裏面の平面図、（ｃ）は（ｂ）図Ｃ−０間の断面構成
図である。第５図に於て、４００，４０４．４０５４１
０は第４図に同じ、５０１は下部電極としての金属層、
５０２は充電変換部材としての半導体層、５０３は上部
電極としての透明電極層、５０５はステンレス基板両端
にある下部電極集電用バスバーを接続するバスバー、５
０９は複数の太陽電池素子のフィンガー電極をつなぐバ
スバー　５０８は複数本の５０９をまとめて集電するバ
スバー、５０６は５０９と４００のステンレス基板が導
通するのを防ぐための絶縁性樹脂、５０７は５０８と４
０５の導通を防ぐための絶縁材である。上記構造の太陽
電池では、４０５の上に５０７，５０８．５０９を重ね
るためにフィンガー電極からの集電用ハスバーの設置工
程が複雑であること、両端にバスバーを設けるためバス
バーの使用本数か多いこと、裏面側の凹凸が大きいため
充填材の使用量が多いことなど、ステンレス基板使用の
太陽電池のコスト高の要因の一つになっていた。

そのため、より簡単な構成で、製造コストの安価な太陽
電池が望まれていた。

（発明の目的）本発明は、上述の従来の欠点を解決し、簡単な構成で、
製造コストの安価な、並列に集積化した太陽電池を提供
することを目的とする。

（発明の構成及び作用）本発明者は、上記従来の欠点を解決すべく、鋭意研究を
重ねた結果、並列に集積化したステンレス基板太陽電池
に於て、入射光と反対側のステンレス基板中央部に下部
電極からの集電用バスバーを設けることによって、構造
が簡単で一部のバスバー材ですむことを見いだした。本
発明は、ステンレス基板上に金属電極層、半導体層、透
明電極層、フィンガー状電極が順次形成された太陽電池
素子を並列接続した太陽電池に於て、ステンレス基板側
の中央に、集電用にステンレスより比抵抗が低い良導体
のバスバーが設けであることを特徴とする太陽電池であ
る。

第１図は、本発明による太陽電池のステンレス基板に設
けた集電用バスバーを示した図である。

第１図に於て、ｉｏｏは太陽電池裏面のステンレス基板
、１０５は下部電極からの集電用バスバーである。

第２図（ａ）は、本発明により作製される並列に集積化
した太陽電池の裏面の平面図の一例で、（ｂ）は（ａ）
図Ａ−Ｂ間の断面構成図である。

第２図に於て、２００はステンレス基板、２０１は下部
を極としての金属層、２０２は光電変換部材としての半
導体層、２０３は上部電極としての透明電極層、２０４
はフィンガー電極、２０５は下部電極からの集電用バス
バー、２０９は複数の太陽電池素子のフィンガー電極を
つなぐバスバー、２０８は複数本の２０９をまとめて集
電するバスバー、２０６は２０９と２００のステンレス
基板が導通するのを防ぐための絶縁性樹脂、２０７は２
０８と２００．２０５の導通を防ぐための絶縁材である
。

本発明による第２図の太陽電池の作製方法を以下に説明
する。ステンレス基板２００に、金属層２０１、半導体
層２０２、透明電極層２０３を順次形成した太陽電池の
透明電極層の一部を除去して、複数の太陽電池素子に分
割する。次に、各太陽電池素子の透明電極上にフィンガ
ー電１２０４を形成した後、裏面のステンレス基板面は
、テープ状良導体から成るバスバー２０５を設置する。

ついで、絶縁樹脂２０６と絶縁材２０７で基板端面及び
端部を被覆する。フィンガー電極２０４からの電流を最
終的にまとめて集電するバスバー２０８を絶縁材２０７
上に設ける。その後、基板上で同じ列に位置する太陽電
池素子を並列接続するバスパー２０９をフィンガー電極
２０４とバスパー２０８に接続して、本発明の太陽電池
を得る。バスパー２０５と２０８は出力端子になる。

本発明により、下部電極集電用バスバーをステンレス基
板の両端から等距離の位置に設けることによって、従来
の下部電極集電用バスバーの本数を２本から１木に減ら
ずことができ、かつ上部電極から最終的に集電するバス
パーを、絶縁部を介して下部電極集電用バスバー上に重
ねて設けなくてもよいので、作製される太陽電池の凹凸
も減少する。そのため、充填剤の使用量が少なくてすみ
、モジュール化も容易になる。一般に長さＬ巾Ｗ、厚さ
ｔ、比抵抗ρの基板中での電力損失はで表わされる。こ
こで１は太陽電池の単位面積当りの発生電流である。太
陽電池に於て特徴的なことは、発電部各所で発電か行わ
れるため、セル長さが長くなるに従って電流が増えて来
る。その結果、電力損失は電流路長（Ｌ）の３乗で効い
てきてしまう。

本来であれは、ステンレス基板も導電体であるので、追
加のバスパーを使わずに済ませたいのだが上記理由によ
り難しい。

さて、ステンレス基板での電力損失を減少させるべく、
第６図の如く良導体バスバーをとりつけると、電力損失
はｆ　（ｘ）に比例する。

ｆ　（ｘ）＝ｘ３＋　（Ｌ−ｘ）　３ｆ’　　（ｘ）＝３ｘ２−３　（Ｌ−ｘ）２＝Ｏｘ”　
−ｘ’　＋２ｘＬ−Ｌ’　＝０Ｘ＝− 従ってｘ　−Ｌ　／　２の時に、電力損失は最小になる
。従来の技術に見られる様に基板両側に２本配置しても
電力損失は同様になるか、上述の様な欠点をもってしま
う。Ｌを小さくする為に多数のハスバーを配置すれは電
力損失は小さくなるものの、コストが上ってしまう。

本発明に用いられる下部電極集電用バスバー１０５．２
０５は、良導体材料から威り、ステンレスより比抵抗の
低い良導体材料としては銅。

銀、ニッケル等の金属箔が用いられる。金属箔は他の金
属やハンダがメツキされていてもよい。他のバスパー２
０８．２０９いずれも、上記本発明に用いられるバスパ
ー１０５，２０５と同様の良導体材料から成っている。

本発明に用いられるバスパー１０５，２０５のステンレ
ス基板への接続は、レーザーによる重ね溶接、ハンダ付
け、導電性接着剤による接着等の方法がある。ハンダ付
けの場合には、ステンレス基板の接合部表面を荒すこと
、ステンレス用ハンダフィラーを用いることなどが必要
である。上記導電性接着剤は金属粉末、導電性カーボン
ブラック、炭素繊維等の導電性フィラーを高分子化合物
に添加したものである。２０８と２０９の接続も同様の
方法で接合できる。

２０６の絶縁樹脂には、ポリエステル、ポリエステルイ
よト　ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン、エポキ
シ、アクリル樹脂等がある。

２０６の絶縁樹脂の形式方７去は、樹脂溶液のスプレー
やデイツプ法による塗布、粘着材付き樹脂フィルムを貼
付ける等の方法がある。

２０７の絶縁材には、粘着剤付きガラスクロステープや
ポリイミドテープ等が用いられる。

本発明で用いられる太陽電池素子の金属電極層２０１の
材質としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷＡｆ！、、Ａｇ、
Ｎ＋等か用いられ、形成力法としては抵抗加熱蒸着、電
子ビーム蒸着、スパッタリング法等がある。

本発明で用いられる太陽電池素子の光電変換部材として
の半導体層２０２には、ｐｉｎ接合非晶貿シリコン、ｐ
ｎ接合多結晶シリコン、ＣｕＩｎＳｅ２／Ｃｄｓ等の化
合物半導体が挙げられる。

上記半導体層は、非晶質シリコンの場合、シランガス等
のプラズマＣＶＤにより、多結晶シリコンの場合、溶融
シリコンのシート化により、ＣｕＩｎＳｅ２／Ｃｄｓの
場合、電子ビーム蒸着、スバッタリング、電析（を前液
の電気分解による析出）等の方法で、形成される。

本発明で用いられる太陽電池素子の透明電極２０３に用
いる材料としては、ｌ　ｎ２０゜５ｎ０２．Ｉｎ２Ｏ３
−５ｎ０２．ＺｎＯＴｉＯ２、Ｃｄ２ＳｎＯ４，高濃度
不純物ドープした結晶性半導体層等があり、形成方法と
しては抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング
法スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散等がある。透明電
極２０３の一部を除去して太陽電池素子に分離する方法
は、ＦｅＣｆ１３．ＨＣｊ２を含むエツチングペースト
のスクリーン印刷等でパターンニングする。

フィンガー電極２０４は導電性樹脂で形成され、導電性
樹脂は、微粉末状の銀、金、銅、ニッケル、カーボン等
をバインダーポリマーと分散させたものが使用される。

上記バインダーポリマーとしては、ポリエステル、エポ
キシ、アクリルアルキド、ポリビニルアセテート、ゴム
、ウレタン、フェノール等の樹脂がある。フィンガー電
極１２０４は、上記導電性樹脂のスクリーン印刷等の方法で
作製される。フィンガー電極２０４と上部電極側集電バ
スバー２０９は、導電性接着剤などで接合される。

バスバー２０９と２０８は導電性接着剤、ハンダ、レー
ザー溶接などで、接続される。

（実施例）以下、実施例に基づき本発明の詳細な説明する。なお、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

第３図は本実施例の下部電極集電用バスバーをステンレ
ス基板に接続するための一方法として使用するレーザー
溶接機の概略図である６第３図は於て、３００は太陽電
池素子の形成されたステンレス基板、３０１は下部電極
側集電用バスバー、３０２はレーザー光、３０３は出射
光学系、３０４は光ファイバー、３０５はレーザー発振
器、３０６はテレビカメラあるいはイメージセンサ−１
３０７は移動可能なステージであり、テレビカメラ３０
６で太陽電池素子の透明電極除去】　２部を認識して、透明電極除去部上の下部電極集電用バス
バーの位置に、レーザー発振器から光ファイバーで伝送
したレーザー光を照射して集電用バスバーをステンレス
基板と接合する。

第２図の構成の本発明の太陽電池に於て、半導体層が非
晶質シリコンである場合の、作製方法を順次説明する。

まず、洗浄したロール状ステンレス基板上に、ロールツ
ーロール法で、Ｓｔを１％含有するＡｌ１２０１をスパ
ッタ法により膜厚５Ｇ００人蒸着し、Ｓ　ｉ　Ｈ４，Ｐ
Ｈ３、Ｂ２　Ｈ６，Ｈ２ガス等のプラズマＣＶＤにより
、膜厚１０００〜４ｏｏ。

人のｐ／ｉ／ｎの非晶質シリコン層を２層積み重ねてｐ
／ｉ／ｎ／ｐ／ｉ／ｎの光電変換部としての半導体層２
０２を形成した後、膜厚８００のＩＴＯ２０３を抵抗加
熱蒸着で形成した。更に、ＩＴＯのエツチング剤（Ｆｅ
Ｃｆ１３　、ＨＣｕ）含有ペーストのスクリーン印刷に
より１７０層の一部を除去し、各太陽電池素子に分離し
た。（上記構成の太陽電池素子のＡｎ２０１と非晶質シ
リコン層２０２との間にシャント防止層としてＺｎＯを
形成してもよい。）次に、フィンガー幅０．２ｍｍのフィンガー電極２０４
を銀ペーストのスクリーン印刷で形成した。その後、光
入射と反対側のステンレス基板中央部に幅１９ｍｍ、厚
み０．２ｍｍの銅箔テープ２０５を配置し、第３図のレ
ーザー溶接機を用いて、光入射側のＩＴＯ除去部下部に
位置する銅箔部に、レーザー光を照射し接合した。つい
で、ステンレス基板両端部の端面な覆うようにポリイミ
ドテープ２０６を接着し、カラスクロステープ２０７を
基板裏面端部に接着して、幅ｆ２ｍｍ。

厚み０．２ｍｍの銅箔テープ２０８をガラスクロステー
プ２０７上に接着した。更に、表側フィンガー電極２０
４に、幅２．５ｍｍ、厚み０．　１ｍｍのハンダメツキ
を施した銅箔２０９を導電性接着剤で接続した後、銅箔
２０９の両末端部を２０８にレーザーで接合して、太陽
電池素子を複数個並列接続した太陽電池を得た。また、
上記作製方法で１７　ｃ　ｍ’のサブセルのフィンガー
電極２０４を８個銅箔２０９で並列に接続したものを更
に１０個並列接続した場合、ＡＭｌ、５１００　ｍ　Ｗ
　／　ｃ　ｍ’の光照射時の開放端電圧Ｖｏｃと短絡電
流！ｓｃは、それぞれＶｏｃ＝１．６Ｖ、１ｓｃ＝４．
８Ａであった。

（発明の効果）本発明によれは、従来のステンレス基板上に形成した太
陽電池素子を、並列接続して集積化した構成の太陽電池
の欠点を解決し、集電バスバーの接続構造を簡単にする
ことによって、配線部の凹凸が小さくなり、モジュール
化も容易になる。さらに製造工程の簡略化が可能になり
、製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の太陽電池のステンレス基板に取り付け
た下部電極側集電用バスバーを説明するための構成図、第２図（ａ）（ｂ）は本発明により作製される太陽電池
の一例の概略構成図、第３図は本発明の実施例に用いたレーザー溶接機の例の
概略図、第４図（ａ）（ｂ）は従来の太陽電池素子が形成された
ステンレス基板に設けられた下部電極側集電用バスバー
を示ず図、第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）は従来の複数の太陽電池素子
を並列接続した太陽電池の概略構成図、第６図は電力損
失を説明するための概念図である。０．２００．４００・・・ステンレス基板５．２０５，
２０８．２０９．３０１５．５０８，５０９・・・バスバー１．５０１・・・金属層２．５０２・・・半導体層３．５０３・・・透明電極層４．４０４・・・フィンガー電極６．５０６・・・絶縁樹脂７．５０７・・・絶縁材０・・・分離された太陽電池素子２・・・レーザー光３・・・出射光学系　５６４・・・光ファイバー５・・・レーザー発振器６・・・テレビカメラ７・・・レーザー溶接用作業ステージ

Claims

【特許請求の範囲】

　ステンレス基板上に金属電極層、半導体層、透明電極
層、フィンガー状電極が順次形成された太陽電池素子を
並列接続した太陽電池に於て、入射光側と反対側のステ
ンレス基板の中央に、集電用としてステンレスより比抵
抗が低い良導体のバスバーが設けてあることを特徴とす
る太陽電池。