JPH08139349A

JPH08139349A - 光起電力素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08139349A
Application number: JP6271628A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsuzuki; 幸司都築; Katsuhiko Inoue; 勝彦井上; Kenji Takada; 健司高田; Yoshifumi Takeyama; 祥史竹山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-31
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP3548246B2; US5667596A

Abstract

(57)【要約】【目的】発生する電流を分散して集電することによ
り、抵抗損失が少なく、大面積化にも対応できる高変換
効率の光起電力素子を提供する。【構成】４辺からなる導電性基板を有する光起電力素
子において、該導電性基板の少なくとも１辺に、該導電
性基板と接触して、該導電性基板よりも高い電気導電性
を有する導電性箔体を少なくとも１つ設けたことを特徴
とする。前記導電性箔体は、光起電力素子の非受光面側
に設けられており、銅を主成分とすることを特徴とす
る。また、前記導電性箔体の厚みは、７０μｍ以上１５
０μｍ以下であり、前記導電性箔体が前記導電性基板の
相対する２辺に設けられていることを特徴とする。さら
に、前記導電性基板は、ステンレス基板であることを特
徴とする。またさらに、光起電力素子及びその製造方法
において、前記導電性箔体と前記導電性基板は、超音波
溶接法により接続されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子及びその
製造方に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を入射させて起電力を発生させる光電
変換素子は、様々なところで利用されている。特に、近
年は環境問題に対する関心の高まりから、クリーンエネ
ルギーである太陽電池への応用に期待が高まっている。

【０００３】現在、太陽電池としては、単結晶シリコン
又は多結晶シリコンを用いた結晶系と、アモルファスシ
リコンを用いた非晶質系、及び化合物半導体系に大別さ
れる。その中でも、アモルファスシリコン太陽電池は、
変換効率こそ結晶系の太陽電池に及ばないものの、大面
積化が容易で、かつ光吸収係数が大きいので薄膜で動作
するなどの結晶系太陽電池にはない優れた特徴をもって
おり、将来を有望視されている太陽電池の１つである。

【０００４】それにもかかわらず、現在太陽電池の普及
を阻んでいる１つの理由としては、太陽電池の製造コス
トが高いという点がある。太陽電池の製造コストを下げ
る方法としては、例えば、次のような点が挙げられる。（１）発電領域の効率的利用（２）接続箇所を減らすことによる接続部材料費の節
減、及び接続のための人件費の節減（３）光電変換層の製造費等の低減これらの点を改善するためには、太陽電池の大面積化が
必要不可欠である。

【０００５】図７は、従来の光起電力素子を示す模式図
である。図７（ａ）は受光面側から見た平面図であり、
図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＸ−Ｘ’部分の断面図
である。また、図７（ｃ）は図７（ａ）の光起電力素子
を直列接続した状態を表している平面図である。

【０００６】図７に示した光起電力素子７００は、ステ
ンレス等の基板７０２の上に下部電極層７０３を、下部
電極層７０３の上に半導体層７０４を、さらに半導体層
７０４の上に上部電極層７０５を順次積層して作製して
いる。上部電極層７０５としては、反射防止手段と集電
手段を兼ねて酸化インジウム等の透明導電膜が形成して
ある。

【０００７】透明導電膜は、ＦｅＣｌ₃、ＡｌＣｌ₃等を
含むエッチングペーストをスクリーン印刷等の方法で塗
布し加熱することによって、一部が図中７０１（エッチ
ングライン）に示す線状に除去されている。透明導電膜
の一部除去の目的は、光起電力素子の外周切断時に発生
する基板と透明導電膜との短絡の悪影響を、光起電力素
子の有効受光範囲に及ぼさないようにすることである。

【０００８】また、光起電力素子７００の表面には、発
電された電力を効率よく集電するための集電電極７０７
が形成されている。集電電極７０７は、半導体層で発生
した電力を損失なく取り出すために、予め導電性接着剤
を薄くコートした金属ワイヤー（例えばカーボンペース
トをコートした銅ワイヤー）を透明導電膜上に接着して
いる。銅ワイヤーを用いる理由は、導電率が高いものを
使用して電流損失を低減するためである。

【０００９】さらに、これらの集電電極７０７のさらな
る集電電極として導電性箔体７０８が設けられている。
導電性箔体７０８の下部には、電気的特性が不安定なエ
ッチングライン部との絶縁を確保するために、絶縁部材
７０９が設けられている。

【００１０】上記のとおり製造された光起電力素子にお
いては、金属箔材７０８及びステンレス基板７０２が両
極の端子として機能し、電力を取り出すことができる。

【００１１】しかしながら、これだけでは発電用途には
不十分である。何故ならば、単一の発電セルでは発生電
圧が低すぎるからである。これを改善するためには、セ
ルを直列接続することによって、高電圧化を図る必要が
ある。

【００１２】図７（ｃ）は、図７（ａ）の光起電力素子
を直列接続した状態を表している。一つの光起電力素子
の導電性箔体７１０と、これに隣接する光起電力素子の
基板７１１とを、銅箔（接続部材）７１２を用いて接続
することにより、各光起電力素子を電気的に直列化す
る。接続にはステンレス用のフラックス入りの半田を使
用するため、半田づけ後にＭＥＫ等の溶剤で洗浄して直
列化が完成する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の太陽電池を大面積化しようとした場合には、単に面
積が増加するだけではなく、変換効率において以下のよ
うな問題点が生じる。

【００１４】（１）発生電流量の増加、及び集電電極７
０７が長くなることにより、抵抗損失（ｉ²Ｒ）が増加
し、変換効率が低下する。

【００１５】（２）ステンレス基板のような導電性のあ
まり良好でない導電性基板を使用する場合、電流の行路
長が増加するため、抵抗損失（ｉ²Ｒ）が大きくなり変
換効率が低下する。

【００１６】本発明の目的は、上記２項目のうち（２）
を改善することである。

【００１７】以下では、上記（２）の問題点を、図８を
用いて具体的に説明する。図８（ａ）と図８（ｂ）は、
光起電力素子のステンレス基板上での電流経路を示して
いる。図８（ａ）は、従来の面積を有する光起電力素子
の場合であり、図８（ｂ）は、大面積化を図った光起電
力素子の場合である。また、図７（Ｃ）は、図８（ｂ）
の大面積化を図った光起電力素子を、光入射面側からみ
た平面図である。

【００１８】図８（ａ）において、光起電力素子８００
で発生した電流は、ステンレス基板８０１のいたる場所
から発生し、図中矢印のごとくステンレス基板８０１上
を通って直列部材８０２に向かって一斉に流れ込む。直
列部材８０２の近傍（領域Ａ）では、光起電力素子８０
０で発生した全電流が集結する。この場合の抵抗損失
（ｉ²Ｒ）は、発生電流量（ｉ）とステンレス基板の抵
抗（Ｒ）でほぼ決まるが、とりわけ領域Ａでは、全電流
が集中するために抵抗損失が大きくなる。しかしなが
ら、光起電力素子が小面積の場合には発生電流量も少な
いためにさほど問題とはならない。

【００１９】図８（ｂ）は、大面積化を図った光起電力
素子での電流経路を示している。経路自体は、従来例
（図８（ａ））と同様であり、基板８１１上で発生した
電流は直列部材８１２に向かって流れ込む。しかし、発
生電流量が大きく、またステンレス上での電流行路長も
長くなることから、領域Ｂに近づくほど抵抗損失は大き
くなり、従来例と比較すると無視できないほどの変換効
率の低下を招いてしまう。

【００２０】以下では、従来例における各部材の寸法な
らびに損失について詳細に説明する。

【００２１】図８（ａ）における光起電力素子８００
は、１枚が縦３００ｍｍ、横１００ｍｍの長方形（面積
３００ｃｍ²であり、基板は厚み１２５μｍのステンレ
ス基板（体積抵抗率６．０×１０^-5Ωｃｍ）である。光
起電力素子の性能は、発生する電流密度を６．０ｍＡ／
ｃｍ²、動作電圧を１．５Ｖとすると、発生電力は２．
７Ｗとなる。ここで、ステンレス基板に同電流が発生
し、総電流が直列部材８０２の方向に集中すると仮定し
た場合、計算により抵抗損失は０．０９Ｗとなり、総発
生電力の３．５１％を占める。

【００２２】一方、図８（ｂ）における光起電力素子８
１０は、１枚が３００ｍｍの正方形（面積９００ｃ
ｍ²）であり、図８（ａ）の場合と同様の仮定のもとに
計算を行うと、総発生電力は８．１Ｗ、ステンレス基板
による抵抗損失が０．６１Ｗと計算される。これは総発
生電力の７．５２％を占め、小面積の場合の抵抗損失と
比較すると、２倍以上である。

【００２３】以上の計算結果から、光起電力素子の大面
積化に伴って、基板での電流損失が増加するという問題
があることが分かった。

【００２４】加えて、上記問題点を解決するには、後述
するように導電性箔体を導電性基板上に設ける必要があ
るが、その一般的な方法としては、半田もしくは抵抗溶
接法が挙げられる。しかし、半田においては以下の
（１）や（２）の問題が、また抵抗溶接法においては以
下の（３）の問題があることが判明した。

【００２５】（１）半田ごてで熱を加えた時に、その熱
で基板が変形してしまい、太陽電池素子の平面性を失っ
てしまう。

【００２６】（２）溶剤を用いてもフラックスが取れに
くく、温湿度が加わった状態でさびを発生してしまう。
その結果、太陽電池素子の被覆材の剥離を起こしてしま
う。

【００２７】（３）火花が飛んでしまい、それが太陽電
池素子の有効面に飛散すると、素子がショートしてしま
う。

【００２８】本発明の目的は、上述した現状に鑑み、発
生する電流を分散して集電することにより、抵抗損失が
少ない光起電力素子を提供するものである。また、この
対策によって、設置上の問題が発生しない光起電力素子
を提供することも目的としている。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明の光起電力素子
は、４辺からなる導電性基板を有する光起電力素子にお
いて、該導電性基板の少なくとも１辺に、該導電性基板
と接触して、該導電性基板よりも高い電気導電性を有す
る導電性箔体を少なくとも１つ設けたことを特徴とす
る。

【００３０】本発明の光起電力素子は、前記導電性箔体
が、光起電力素子の非受光面側に設けられていることを
特徴とする。

【００３１】また、本発明の光起電力素子は、前記導電
性箔体が、銅を主成分とすることを特徴であり、さらに
は、前記導電性箔体の厚みが、７０μｍ以上１５０μｍ
以下であることを特徴とする。

【００３２】また、本発明の光起電力素子は、前記導電
性基板が、ステンレス基板であることを特徴とする。

【００３３】さらに、本発明の光起電力素子は、前記導
電性箔体と前記導電性基板が、超音波溶接法により溶接
されていることを特徴とする。

【００３４】また、本発明の光起電力素子は、前記導電
性箔体が、前記導電性基板の相対する２辺に設けられて
いることを特徴とする。

【００３５】さらに、本発明の光起電力素子は、前記導
電性箔体が前記導電性基板に設置している部分が、該導
電性基板に対して直角に折り曲げられていることを特徴
とする。

【００３６】また、本発明の光起電力素子の製造方法
は、前記導電性箔体と前記導電性基板が、超音波溶接法
により接続されていることを特徴とする。

【００３７】

【作用】本発明では、４辺からなる導電性基板を有する
光起電力素において、該導電性基板の少なくとも１辺
に、導電性基板よりも高い導電率を有する導電性箔体を
少なくとも１つ設けることにより、ステンレス基板上の
電流の方向を分散することができるので、一か所への電
流集中がなくなり、抵抗損失を減少させることができ
る。

【００３８】以下では、上記作用について、図６を用い
て説明する。

【００３９】図６（ａ）は、例えば、光起電力素子６０
０を形成するステンレス基板６０１上の１辺に銅箔６０
２を接続した形態であり、図中矢印は電流の経路を示し
ている。図６（ａ）のように銅箔を設けた場合、電流は
銅箔に向かって流れていき、銅箔上で集められた電流は
銅箔中を通過する。したがって、本発明（図６（ａ））
は、従来例（図８（ｂ））と比較すると、ステンレス上
での電流の行路長が短くなり、さらに集中した電流は、
ステンレスよりも体積抵抗率が１桁低い銅箔中を流れる
ため、抵抗損失を低く抑えることができる。

【００４０】仮に、厚み１００μｍ、長さ３００ｍｍ、
幅７．５ｍｍの銅箔（体積抵抗率１．７×１０^-6Ωｃ
ｍ）を、前述図８（ｂ）で示した光起電力素子に取り付
けたとして、上記仮定のもとに損失計算を行うと、ステ
ンレス基板による抵抗損失が０．０４６Ｗ、銅箔による
抵抗損失が０．０６６Ｗであり、合計０．１１２Ｗと計
算される。これは総発生電力の１．３８％である。従来
例の抵抗損失７．５２％と比較すると、十分な効果が得
られる。

【００４１】さらに図６（ｂ）には、銅箔を相対する辺
に２枚設けた場合を示しているが、この場合の抵抗損失
を計算すると総発生電力の０．５５％となり、さらに損
失を低減できる。

【００４２】上記導電性箔体は、導電性基板の形態によ
っては何枚設けてもよく、特に１枚と限定されるもので
はない。ここで用いる導電性箔体としては、設ける対象
となる導電性基板の辺の長さとほぼ同程度の長さを有す
るものが望ましい。

【００４３】また、導電性箔体は光起電力素子の受光面
側と非受光面側のどちらに設けても構わないが、導電性
箔体の複数化及び幅広化によって予測される受光量損失
を極力避けるために、非受光面側に設けるのが好まし
い。

【００４４】さらに非受光面側に設ける場合でも、発電
の有効領域範囲外に設けるのが好ましい。図６（ｃ）
は、導電性箔体を素子の中央部に設けた場合を示してい
る。電流の行路長としては、図６（ｂ）に示す状態と同
等ではあるが、この場合は有効領域の裏側であることか
ら、銅箔を設置する際の半田の熱で半導体層にダメージ
を与えやすいなどの問題がある。よって、導電性箔体
は、非受光面側で有効領域範囲外に設けることが特に望
ましい。

【００４５】本発明において使用する導電性箔体として
は、体積抵抗率が低く箔材として工業的に安定して供給
されている材料が望ましく、加工性が良く、安価な銅箔
が好適に用いられる。

【００４６】また、銅箔を用いる場合には、腐食防止、
酸化防止等の目的で、表面に薄い金属層を設けてもよ
い。該表面金属層としては、例えば、銀、パラジウム、
パラジウムと銀の合金、又は金などの腐食されにくい貴
金属や、ニッケル、錫、半田などの耐食性のよい金属が
用いられる。

【００４７】前記表面金属層の形成方法としては、例え
ば、作製が比較的容易な蒸着法、メッキ法、クラッド法
が好適に用いられる。

【００４８】また、導電性箔体の厚みとしては、７０μ
ｍ以上１５０μｍ以下が望ましい。７０μｍ以上とする
ことで、光起電力素子の発生電流密度に十分対応できる
だけの断面積を確保できるとともに、実質上機械的結合
部材として使用でき、かつ接続作業が導電性箔体に与え
る破損等の悪影響を防止することができる。一方、導電
性箔体は厚くするほど抵抗損失を小さくすることができ
るが、１５０μｍ以下とすることで表面被覆材によるな
だらかな被覆が可能となる。また、段差が小さければ小
さいほど表面被覆材の厚みを薄くでき、被覆材料を節約
することができる。

【００４９】また、導電性基板は、アモルファスシリコ
ンのような薄膜型の太陽電池の場合、半導体を機械的に
支持する部材としての役割や、場合によっては電極とし
ての役割を果たすこともあるため、導電性のものが好ま
しい。導電性の材料としては、例えば、Ｆｅ，Ｃｒ，Ａ
ｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂ等
の金属、又はこれらの合金、さらに、真ちゅう、ステン
レス鋼等の薄板及びその複合体や、カーボンシート、亜
鉛メッキ鋼板が挙げられる。これらの中でも、長期の使
用状態における腐食防止、酸化防止の点から、ステンレ
スが好適に用いられる。

【００５０】さらに、導電性基板と導電性箔体の接続部
の形成方法としては、以下の２項目が満たされるより
は、１回の溶接で接融面積が稼げない抵抗溶接や、劣化
が起こる半田で接続されている方が好ましい。

【００５１】（１）導電性基板と導電性箔体の接触面積
が大きい方が抵抗損失が少ない。

【００５２】（２）長期信頼性の点から金属結合により
接続が望ましい。

【００５３】しかし、より好ましい形成方法は、１回の
溶接で接触面積が稼げて、かつ金属結合を形成できる超
音波溶接である。

【００５４】また、導電性箔体を導電性基板の相対する
２辺に設けた場合には、導電性箔体設置部分を折り曲げ
ることが可能となる。導電性箔体を設置した部分は、発
電に寄与しない非有効領域であるため、該設置部分を折
り曲げることによって、モジュール効率を向上させるこ
とができる。

【００５５】さらに、これら一連の光起電力素子の製造
方法として、導電性箔体と導電性基板とを超音波溶接法
で接続する方法が好適に用いられる。超音波溶接法を用
いることにより、上述した問題点を解決できるだけでな
く、残留フラックスによる太陽電池被覆材の剥離という
信頼性の問題や、抵抗溶接での火花が飛んで素子がダメ
ージを受ける等の問題を解決することができる。

【００５６】

【実施態様例】以下に本発明の実施態様例を説明する。

【００５７】（光起電力素子）本発明で用いられる光起
電力素子は、単結晶、多結晶あるいはアモルファスシリ
コン系太陽電池に適用できる以外に、シリコン以外の半
導体を用いた太陽電池、ショットキー接合型の太陽電池
にも適用可能である。しかし、以下では代表してアモル
ファスシリコン太陽電池の場合について説明する。

【００５８】本発明の太陽電池構成としては、例えば、
導電性基板と、該導電性基板上に設けた下部電極と、下
部電極上に設けた発電に寄与する半導体層と、該半導体
層の光入射面側に設けた集電電極からなる構成が望まし
い。また、所望に応じて前記半導体層の光入射面側と前
記集電電極との間に、反射防止や表面抵抗を低くする目
的から上部電極層（透明導電層）を設けても良い。

【００５９】（下部電極）本発明で用いられる下部電極
は、半導体層で発生した電力を取り出すための一方の電
極であり、半導体層に対してはオーミックコンタクトと
なるような仕事関数を持つ材料であることが要求され
る。その材料としては、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａ
ｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，ステン
レス、真ちゅう、ニクロム、ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，Ｚｎ
Ｏ，ＩＴＯ等のいわゆる金属単体または合金、及び透明
導電性酸化物（ＴＣＯ）等が用いられる。

【００６０】下部電極の表面は平滑であることが好まし
いが、光の乱反射を起こさせる場合にはテクスチャー化
してもよい。また、基板が導電性であるときは下部電極
は特に設ける必要はない。

【００６１】下部電極の作製方法は、メッキ、蒸着、ス
パッタ等のいずれの方法を用いてもよい。

【００６２】（半導体層）本発明で用いられる半導体層
は、薄膜太陽電池として一般に使用される公知の半導体
物質を使用することができる。本発明に用いられる太陽
電池素子の半導体層としては、例えば、ｐｉｎ接合非晶
質シリコン層、ｐｎ接合多結晶シリコン層、ＣｕＩｎＳ
ｅ₂／ＣｄＳ等の化合物半導体層が挙げられる。

【００６３】上記半導体層の形成方法としては、非晶質
シリコン層の場合は、シランガス等のフィルムを形成す
る原材料ガスにプラズマ放電を発生させるプラズマＣＶ
Ｄ等により形成することができる。また、半導体層がｐ
ｎ接合多結晶シリコン層の場合は、例えば溶融シリコン
から薄膜を形成する方法がある。また、半導体層がＣｕ
ＩｎＳｅ₂／ＣｄＳの場合は、電子ビーム蒸着法、スパ
ッタリング法、電析法等の方法で形成される。

【００６４】（上部電極（透明電極層））本発明で用い
られる上部電極は、半導体層で発生した起電力を取り出
すための電極であり、下部電極と対をなすものである。
上部電極は、アモルファスシリコンのようにシート抵抗
が高い半導体の場合に必要であり、結晶系の太陽電池で
はシート抵抗が低いため特に必要ではない。また、上部
電極は、光入射側に位置するため、透明であることが必
要で、透明電極とも呼ばれている。上部電極は、太陽や
白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率よく吸収させ
るために光の透過率が８５％以上であることが望まし
く、さらに、電気的には光で発生した電流を半導体層に
対し横方向に流れるようにするためにシート抵抗値は１
００Ω／□以下であることが望ましい。このような特性
を備えた材料としては、ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，
ＣｄＯ，ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）な
どの金属酸化物が挙げられる。

【００６５】（集電電極）本発明で用いられる集電電極
は、一般的には櫛状に形成され、半導体層や上部電極の
シート抵抗の値から、その好適な幅やピッチが決定され
る。集電電極は比抵抗が低く太陽電池の直列抵抗となら
ないことが要求され、好ましい比抵抗としては１０^-2Ω
ｃｍ〜１０^-6Ωｃｍである。集電電極の材料としては、
例えばＴｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｓｎ，Ｐｔ等の金属、又はこれらの合金や半田が用
いられる。一般的には、金属粉末と高分子樹脂バインダ
ーがペースト状になった金属ペーストが用いられている
が、これに限られたものではない。

【００６６】

【実施例】以下本発明の一実施例を、図１〜図６を参照
して説明する。

【００６７】（実施例１）本例では、光起電力素子が、
基板としてステンレス基板を用いた非晶質シリコン太陽
電池の場合を、図１（ａ）を用いて具体的に説明する。
図１（ａ）は、本例の太陽電池素子を２個接続した太陽
電池モジュールを光入射面側から見た概略図である。

【００６８】まず、太陽電池素子用の基板として、表面
を洗浄した厚さ０．１ｍｍのステンレススチール箔（体
積抵抗率６．０×１０^-5Ωｃｍ）からなるロール状ステ
ンレス基板を用意した。

【００６９】次に、このステンレス基板の表面上に、複
数個の太陽電池素子を同時に形成する。この太陽電池素
子は、表１に示した多層膜を有する構造体である。

【００７０】

【表１】上述の成膜をしたロール状ステンレス基板を切断するこ
とにより、図１（ａ）に示した２個の太陽電池素子（３
０．０ｃｍ×３０．０ｃｍ）１００を作製した。

【００７１】この太陽電池素子１００に対して、以下の
処理を順番に行った。

【００７２】（１）太陽電池素子１００の表面上に、Ｉ
ＴＯのエッチング材（ＦｅＣｌ₃）含有ペーストを、パ
ターン１０１（２８．２ｃｍ×２９．４ｃｍ）のように
スクリーン印刷した後、純水洗浄することにより、ＩＴ
Ｏ層の一部を除去し上部電極と下部電極の電気的な分離
を確実にした。

【００７３】（２）エッチング領域のすぐ外側にポリイ
ミドの絶縁テープを貼付し（不図示）、さらにそのテー
プ上に厚さ１００μｍの銅箔１０２を両面テープにより
貼付した。この段階の銅箔１０２は、電気的に浮遊状態
になっている。

【００７４】（３）その銅箔１０２に平行で、かつすぐ
外側の位置に、本発明に係るところの厚さ１００μｍの
軟質銅箔１０３を、半田により図１（ａ）のように接続
して、下部電極からの取り出しとした。この軟質銅箔１
０３は、体積抵抗率が１．７×１０^-6Ωｃｍのものであ
り、銅箔の断面積を考慮してもステンレス基板よりは高
い導電性を有するものである。

【００７５】（４）銅箔１０３の右端部を図１（ａ）に
示すように、ポリイミド絶縁テープ１０４で覆い隠して
おいた。

【００７６】（５）別途準備しておいた銀コートワイヤ
ー（直径１００μｍの銅ワイヤーに、銀ペーストを２０
μｍ厚でコーティング後、乾燥処理したもの）を、図１
（ａ）のように配置し、１気圧の圧力を加えながら１５
０℃で２０秒間プレスして、太陽電池素子の有効域との
接着を行い、集電電極１０５とした。

【００７７】（６）銅箔１０２と集電電極１０５とを電
気的に接続するために、銅箔１０２上にある集電電極１
０５の表面上に銀ペーストをスポット状に塗布（１０
６）し、オーブンで硬化した。これによって、銅箔１０
２は上部電極からの取り出し電極となりえる。

【００７８】（７）厚さ１００μｍの銅箔から金型で抜
いて作製したＬ字の金属箔材１０７を、図１（ａ）に示
すように載置した。この金属箔材１０７の一端は、一方
の太陽電池素子の銅箔（上部電極）１０２の部分に、ま
た金属箔材１０７の他端は、隣接する太陽電池素子の銅
箔（下部電極）１０３の部分に半田付けされた。その結
果、２つの太陽電池素子は直列接続された。

【００７９】以上のような工程を経て、２直列（２個の
太陽電池素子を直列接続したもの）の太陽電池モジュー
ルが完成した。

【００８０】以下では、本例の太陽電池モジュールの太
陽電池特性を、シミュレータを用いて測定した結果につ
いて述べる。但し、シミュレータとは、ＡＭ１．５グロ
ーバルの太陽光スペクトルと、１００Ｗ／ｃｍ²の光量
とを有する疑似太陽光源である。本例では、変換効率が
８．００％であった。また直列抵抗を算出したところ、
２７Ωｃｍ²であった。

【００８１】（比較例１）本例では、実施例１の「図１
（ａ）に示すような軟質銅箔（下部電極）１０３を設け
る」代わりに、「長方形型の金属箔材１０８を直接ステ
ンレス基板に接続して直列化した」点が異なる。

【００８２】図１（ｂ）および図１（ｃ）を用いて具体
的に説明する。図１（ｂ）は、本例の太陽電池素子を２
個接続した太陽電池モジュールを光入射面側から見た概
略図である。また、図１（ｃ）は、図１（ｂ）を裏面側
から見た概略図である。

【００８３】長方形型の金属箔材１０８の一端は、一方
の太陽電池素子の銅箔（上部電極）１０９の部分に、ま
た金属箔材１０８の他端は、隣接する太陽電池素子の裏
面のステンレス基板に半田付けされた。その結果、２つ
の太陽電池素子は直列接続された。銅箔１０９とステン
レス基板とが半田付けされた面積は、約直径５ｍｍの円
形であった。

【００８４】他の点は、実施例１と同様とした。

【００８５】本例においても、実施例１と同様のシミュ
レータを用いた太陽電池特性の測定を行った。その結
果、本例では、変換効率が７．４８％であった。また直
列抵抗を算出したところ、３２Ωｃｍ²であった。

【００８６】理論的な損失計算からすると、実施例１と
比較例１の変換効率の差は約０．５％であり、上述した
実測値の差は、この理論値と合致していることが分かっ
た。

【００８７】したがって、比較例１の直列抵抗がアップ
している理由は、ステンレス基板によるものと推定し
た。このことから、導電性基板の上に、この導電性基板
より導電性の良い銅箔を設けることによって、太陽電池
素子を直列接続した場合の直列抵抗を下げることが可能
であり、変換効率を飛躍的に向上させることができると
判断した。

【００８８】（実施例２）本例では、太陽電池素子の非
受光面側に軟質銅箔２０３を設けた点が実施例１と異な
る。

【００８９】図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて具体
的に説明する。図２（ａ）は、本例の太陽電池素子を２
個接続した太陽電池モジュールを光入射面側から見た概
略図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）を裏面側
から見た概略図である。

【００９０】太陽電池素子としては、実施例１と同じ太
陽電池素子２００を用いている。太陽電池素子２００の
表面上に、パターン２０１（２８．９ｃｍ×２９．４ｃ
ｍ）のようにエッチング材含有ペーストをスクリーン印
刷し、純水洗浄することにより、ＩＴＯ層の一部を除去
するまでは、実施例１と同じである。

【００９１】この太陽電池素子２００に対して、以下の
処理を順番に行った。

【００９２】（１）厚さ１００μｍの軟質銅箔２０３
を、図２（ｂ）中に示すような非受光面側の位置に載置
し、等間隔で５点程半田付けして、下部電極からの取り
出しとした。半田としては、ステンレス用の特殊な半田
（ハロゲン入り半田）を用た。フラックスは、半田付け
後、ＭＥＫで洗浄した。

【００９３】（２）実施例１と同様の方法で、銅箔２０
２、集電電極２０４、銀ドット２０５を順次形成してい
き、最後に長方形の金属箱材２０６により直列化を行っ
た。

【００９４】他の点は、実施例１と同様とした。

【００９５】本例においても、実施例１と同様のシミュ
レータを用いた太陽電池特性の測定を行った。その結
果、本例では、変換効率が８．０５％であった。また直
列抵抗を算出したところ、２６．８Ωｃｍ²であった。

【００９６】本例の結果は、実施例１とほぼ同程度の値
を示しており、銅箔を受光面側、非受光面側のどちらに
設けても同様の効果が得られることが分かった。

【００９７】また、銅箔を裏面に設置した本例の場合に
は、発電に寄与する有効面積（エッチングライン２０１
で囲まれた面積）が８４９．６６ｃｍ²であり、実施例
１（８２９．０８ｃｍ²）と比較すると２０．５８ｃｍ
２有効面積が広がっている。すなわち、銅箔を非受光面
側に設けた場合には、受光面側での銅箔のスペースを節
約できるので、有効面積を大きくでき、モジュール効率
を向上させることができると判断した。

【００９８】（実施例３）本例では、太陽電池素子の非
受光面側の相対する２辺の位置に軟質銅箔３０３を設け
た点が実施例１と異なる。

【００９９】図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて具体
的に説明する。図３（ａ）は、本例の太陽電池素子を２
個接続した太陽電池モジュールを光入射面側から見た概
略図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）を裏面側
から見た概略図である。

【０１００】太陽電池素子としては、実施例１と同じ太
陽電池素子３００を用いている。太陽電池素子３００の
表面上に、パターン３０１（２８．２ｃｍ×２９．４ｃ
ｍ）のようにエッチング材含有ペーストをスクリーン印
刷し、純水洗浄することにより、ＩＴＯ層の一部を除去
するまでは、実施例１と同じである。

【０１０１】この太陽電池素子３００に対して、以下の
処理を順番に行った。

【０１０２】（１）厚さ１００μｍの軟質銅箔３０３
を、図３（ｂ）中に示すような非受光面側の相対する２
辺の位置に載置し、等間隔で５点程半田付けして、下部
電極からの取り出しとした。また、半田としては、ステ
ンレス用の特殊な半田（ハロゲン入り半田）を用いた。
フラックスは、半田付け後、ＭＥＫで洗浄した。

【０１０３】（２）受光面側のエッチング領域のすぐ外
側で、銅箔３０３のちょうど裏側にあたる場所に、ポリ
イミドの絶縁テープを貼り付けした（不示図）。さら
に、そのテープ上に厚さ１００μｍの銅箔３０２を両面
テープにより貼り付けした。これらも、図３（ａ）に示
すとおり太陽電池素子３００の相対する２辺に設けた。

【０１０４】（３）実施例１と同様の方法で、集電電極
３０４、銀ドット３０５を順次形成していき、最後に２
枚の金属箔材３０６により２か所で直列化を行った。こ
の金属箔材３０６の一端は、一方の太陽電池素子の銅箔
（上部電極）３０２の部分に、また金属箔材３０６の他
端は、隣接する太陽電池素子の銅箔（下部電極）３０３
の部分に半田付けされた。その結果、２つの太陽電池素
子は直列接続された。

【０１０５】他の点は、実施例１と同様とした。

【０１０６】本例においても、実施例１と同様のシミュ
レータを用いた太陽電池特性の測定を行った。その結
果、本例では、変換効率が８．０７％であった。また直
列抵抗を算出したところ、２５Ωｃｍ²であった。

【０１０７】本例の結果は、実施例１と比較すると、直
列抵抗がさらに小さくなっており、変換効率もさらに向
上していることが分かる。したがって、銅箔をステンレ
ス基板に２枚接続したため、ステンレス上での抵抗がさ
らに小さくなり、変換効率のアップ及ぴ直列抵抗の減少
が生じたものと判断した。

【０１０８】以上により、導電性箔体を導電性基板の相
対する２辺に設けることの効果が確認された。

【０１０９】（実施例４）本例では、以下の３種類の太
陽電池素子Ａ，Ｂ，Ｃにおける、初期変換効率、直列抵
抗及びシャント抵抗に関して調査した。

【０１１０】太陽電池素子Ａ：実施例３で示したものと
全く同構成の太陽電池素子。

【０１１１】太陽電池素子Ｂ：裏面に設置する銅箔を抵
抗溶接法で溶接した以外は実施例３と全く同構成の太陽
電池素子。

【０１１２】太陽電池素子Ｃ：裏面に設置する銅箔を超
音波溶接法で溶接した以外は実施例３と全く同構成の太
陽電池素子。

【０１１３】表２は、太陽電池素子Ａ，Ｂ，Ｃの初期変
換効率、直列抵抗及びシャント抵抗である。

【０１１４】

【表２】表２に示したとおり、抵抗溶接を行った太陽電池素子Ｂ
は、初期変換効率が他と比較してかなり低い６．９８％
であった。シャント抵抗が低いことから、火花の飛散に
よって素子が部分的にショートしたためであると推定し
た。また、この段階では、太陽電池素子ＡとＣではほと
んど差がなく、超音波溶接でも半田接続に比ベて損色の
ないことが分かった。

【０１１５】以下では、さらに、これら太陽電池素子
Ａ，Ｂ，Ｃに対して信頼性試験を実施した結果について
説明する。本例における信頼性試験は、日本工業規格Ｃ
８９１７の結晶系太陽電池モジュールの環境試験方法及
び耐久試験方法に定められた温湿度サイクル試験Ａ−２
に基づいて行った。

【０１１６】各太陽電池素子を、温湿度が制御できる恒
温恒湿器に投入し、相対湿度を−４０℃から＋８５℃の
範囲で変化させるサイクル試験を１００回繰り返し行っ
た。

【０１１７】表３は、太陽電池素子Ａ，Ｂ，Ｃの試験終
了後の変換効率、直列抵抗及び変換効率の劣化率であ
る。

【０１１８】

【表３】表３に示したとおり、超音波溶接で銅箔を設置した太陽
電池素子Ｃは、変換効率の劣化が０．１％で有意な劣化
が生じなかったのに対し、半田で銅箔を設置した太陽電
池素子Ａは３．４％の効率変化を生じた。各太陽電池素
子を試験後に観察したところ、太陽電池素子Ａでは半田
がぼそぼそで脆くなっており、銅箔が簡単に手で剥れる
状態であった。この結果から、超音波溶接の方が、長期
信頼性という点では安定であることが分かった。

【０１１９】また、半田付けに要する作業時間と、超音
波溶接に要する作業時間の測定を行った。半田付けに
は、作業者１入が半田付けを始めてから、フラックスの
洗浄を行うまでに要した時間は、約４．５分／１枚であ
った。一方、超音波溶接では自動機で５秒／１枚であ
り、洗浄工程も不要であった。したがって、超音波溶接
の方が、製造コストの低減効果も高いと判断した。

【０１２０】（実施例５）本例では、銅箔の厚みを変え
て、初期変換効率、銅箔割れの有無、及び気泡発生の有
無に関して調査した。

【０１２１】銅箔の厚みとしては、３５，５０，７０，
１００，１５０，２００，３００μｍの７種類（幅は全
て７．５ｍｍ）を用意して、実施例４で作製した太陽電
池素子Ｂと全く同様の構成の太陽電池素子Ｄ，Ｅ，Ｆ，
Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊを作製した。

【０１２２】表４は、太陽電池素子Ｄ〜Ｊの銅箔厚さ、
初期変換効率、銅箔割れの有無、及び気泡発生の有無に
関して纏めたものある。

【０１２３】

【表４】表４に示したとおり、銅箔が５０μｍ以下の太陽電池素
子Ｄ，Ｅでは、超音波溶接した際、超音波の振動で銅箔
にひび割れが生じた。

【０１２４】図４は、銅箔厚みと変換効率との関係を示
すグラフである。

【０１２５】銅箔の厚みは厚いほど、銅箔の抵抗損失が
小さくなるので、変換効率は良好な値となったが、２０
０μｍ以上ではほぼ飽和傾向を示した。また、銅箔の厚
みが７０μｍより小さいと、急激に変換効率が低下して
いく傾向が見られた。

【０１２６】また、通常直列接続まで終了した太陽電池
素子には、表面が傷つかないようにすることと、湿気を
防ぐ目的から、有機樹脂層が設けられる。本例では、上
述した７種類の太陽電池素子Ｄ〜Ｊに、接着層としてＥ
ＶＡ（エチレンビニルアセテート）、表面保護層として
ＥＴＦＥ（エチレンと４ふっ化エチレンの共重合体）を
用いて、真空ラミネーターで加熱圧着することにより有
機樹脂層を形成した。

【０１２７】その結果、太陽電池素子Ｄ〜Ｈに関して
は、良好に有機樹脂層を形成できたが、ＩとＪに関して
は、銅箔の段差部で気泡が発生した。これに関して詳細
に実験を試みた結果、段差が約２００μｍ以上存在する
場合には、段差部に十分な圧力がかからないために、空
気が残ってしまい気泡が生ずることが分かった。

【０１２８】以上のことから、導電性箔体の厚みとして
は、７０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましいと判断し
た。

【０１２９】（実施例６）本例では、導電性基板に設置
している導電性箔体の部分を、該導電性基板に対して直
角に折り曲げる効果について検討した。

【０１３０】図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて具体
的に説明する。図５（ａ）は、本例の太陽電池素子を２
個接続した太陽電池モジュールを光入射面側から見た概
略図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）を裏面側
から見た概略図である。

【０１３１】太陽電池素子５００としては、実施例３で
示したものと全く同構成の太陽電池素子を用意し、５直
列（５個の太陽電池素子を直列接続したもの）の太陽電
池モジュールを、１０モジュール作製し（図５は２直
列）、ＥＶＡとＥＴＦＥで有機樹脂層を形成した（不図
示）。素子間のギャップは、１ｍｍに設定した。

【０１３２】次に、そのうちの５モジュールを、図５
（ａ）および（ｂ）の中に一点鎖線で示した部分（エッ
チングライン５０１より外側で銅箔５０２より内側の領
域）を、ベンダー曲げ機により、導電性基板に対して直
角に曲げ加工した。図５（ｃ）は、この曲げ加工を施し
た後のＹ−Ｙ’部分（図５（ａ）、（ｂ））の断面図を
表している。

【０１３３】さらに、曲げ加工を施した５モジュールと
曲げ加工無しの５モジュールを実際に隙間なく敷き詰
め、設置面積を測定した。その結果、曲げ加工をしたモ
ジュールの面積が２．２３ｍ²であるのに対して、曲げ
加工無しのモジュールの面積は２．３１ｍ²であった。

【０１３４】したがって、曲げ加工を施すことにより、
より小さな面積での発電が可能となり、モジュールあた
りの面積効率を向上することが可能であると判断した。

【０１３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大面積化にも対応できる高変換効率の光起電力素子を提
供することができ、さらには、超音波溶接を用いること
によって、高信頼性で低コストで、製造も容易な光起電
力素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１および比較例１に係る太陽電池モジュ
ールの概略図である。

【図２】実施例２に係る太陽電池モジュールの概略図で
ある。

【図３】実施例３に係る太陽電池モジュールの概略図で
ある。

【図４】実施例５に係る銅箔厚みと変換効率との関係を
示すグラフである。

【図５】実施例６に係る太陽電池モジュールの概略図で
ある。

【図６】本発明に係る太陽電池素子の接続形態における
電流経路を示す概略図である。

【図７】従来例に係る太陽電池素子、及び太陽電池モジ
ュールの概略図である。

【図８】従来例に係る太陽電池素子の接続形態における
電流経路を示す概略図である。

【符号の説明】

１００、２００、３００、５００、６００、７００、８
００、８１０太陽電池素子、１０１、２０１、３０１、５０１、７０１エッチング
ライン、１０２、１０９、２０２、３０２、５０２、７０８、７
１０銅箔、１０３、２０３、３０３、５０３、６０２導電性箔
体、１０４、７０９絶縁テープ、１０５、２０４、３０４、７０７集電電極、１０６、２０５、３０５銀ドット、１０７、１０８、２０６、３０６、７１２、８０２、８
１２金属箔材、６０１、７０２、７１１、８０１、８１１導電性基
板、７０３下部電極層、７０４半導体層、７０５上部電極層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹山祥史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４辺からなる導電性基板を有する光起電
力素子において、該導電性基板の少なくとも１辺に、該
導電性基板と接触して、該導電性基板よりも高い電気導
電性を有する導電性箔体を少なくとも１つ設けたことを
特徴とする光起電力素子。
【請求項２】前記導電性箔体が、光起電力素子の非受
光面側に設けられていることを特徴とする請求項１に記
載の光起電力素子。
【請求項３】前記導電性箔体が、銅を主成分とするこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の光起電力素子。
【請求項４】前記導電性箔体の厚みが、７０μｍ以上
１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項５】前記導電性基板が、ステンレス基板であ
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記
載の光起電力素子。
【請求項６】前記導電性箔体と前記導電性基板が、超
音波溶接法により溶接されていることを特徴とする請求
項１乃至５のいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項７】前記導電性箔体が、前記導電性基板の相
対する２辺に設けられていることを特徴とする請求項１
乃至６のいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項８】前記導電性基板に設置している前記導電
性箔体の部分が、該導電性基板に対して直角に折り曲げ
られていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
１項に記載の光起電力素子。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれか１項に記載の
光起電力素子の製造方法において、前記導電性箔体と前
記導電性基板が、超音波溶接法により接続されているこ
とを特徴とする光起電力素子の製造方法。