JPH0883919A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池モジュール及びその製造方法Info
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Abstract
発電システムの耐圧上の信頼性を向上させて、耐電圧性
能の不良による歩留り低下を防止し、ひいてはモジュー
ルのコスト低減を図って、屋外用太陽電池の実用化を目
指すことを目的とする。 【構成】 ガラス基板14上に非晶質シリコン等の薄膜
太陽電池を構成する半導体層17を要素とする太陽電池
セル13を積層し、ガラス基板14の周端部を挟持して
アルミニウムフレーム15を取り付けた構成の太陽電池
モジュール12であり、前記ガラス基板14のアルミニ
ウムフレーム15近傍に形成される半導体層17及び/
又は導電層(SnO2層16,アルミニウム層17)の
一部分を他の部分と電気的に絶縁する絶縁部分24,2
5を内側に向かって少なくとも2箇所以上形成する。
Description
をはじめとする非単結晶シリコン系材料等からなる薄膜
太陽電池モジュールに関し、詳しくは耐電圧性能を向上
した太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
電池を屋外用太陽電池として屋外に設置する技術がすで
に実用化されている。これに対して、非晶質シリコンな
どの材料からなる薄膜太陽電池は、原材料が少なくてす
むために低コスト太陽電池として注目されているが、全
体としてはまだ開発段階であり、すでに普及している電
卓などの民生機器の電源用途での実績を基に屋外用途に
するための研究開発が進められている。
フロントカバーの衝撃強度などの機械的性能とともに耐
電圧性能などの電気的性能が一定以上のものが要求され
る。例えば、結晶系太陽電池モジュールについてJIS
C8918には電気的性能の中に絶縁に関する記述が
あり、試験方法などが記載されている。それによると、
モジュールの出力端子を短絡し、同端子とフレーム又は
設置端子間を高圧発生電源で、最大システム電圧の2倍
プラス1000Vの直流電圧を印加して絶縁破壊などの
異常が発生しないことが要求されている。これは、太陽
電池の発電部分とモジュールを構成するフレームの間を
何らかの方法で電気的に絶縁する必要があることを示し
ている。
もっとも広く普及しているのはスーパーストレートタイ
プと呼ばれる構造であり、図13に示すように、発電部
分であるセル2とフロントカバー3の間,セル2とカバ
ーフィルム4の間は透明樹脂等の充填剤5で絶縁され、
端部6をフレーム7で挟み込むように支持した構造であ
る。
る非結晶系太陽電池モジュール8は、ガラス等の基板上
にいわゆる薄膜太陽電池セル9を直接大面積で形成する
ことができるので、薄膜太陽電池セル9の上面側(太陽
電池モジュール8の裏面側に相当する)を液状の樹脂1
0により封止した構造である(図14参照)。該樹脂1
0は、その流動性のためフロントカバー3の側縁部11
を回り込んでいる。
晶系太陽電池モジュール8では、薄膜化できる一方で、
セルを構成する半導体層、金属電極層、透明電極層等の
電気伝導性が高いために薄膜化と相まって絶縁耐圧が低
くなりやすい。この対策として、例えば結晶系太陽電池
モジュール1の場合に行われているように、フレーム7
内に熱可塑性ブチルゴム等の樹脂(図示省略)を充填し
て、フレーム7とフロントカバー3等の間を絶縁するこ
とが考えられるが、樹脂充填工程の追加、材料費のアッ
プ等につながり好ましくない。
の充填が完全でない場合、一部でフレーム7とセルの導
電部分が接触して絶縁不良を起こす場合がある。さら
に、非結晶系太陽電池モジュール8では、電極や光発電
部を形成するための手段にCVDやスパッタ等のプロセ
スを用いることが多いために導電層の一部がフロントカ
バー3の裏面にまで回り込むことが多く、このためフレ
ーム7とセルとの電気的な接触機会が大きくなり絶縁性
能を低下させる原因にもなる。
ある場合でも絶縁性能という観点ではそのモジュールは
不良品になってしまうので、複数の太陽電池モジュール
を併設して太陽光発電システムを組み上げる場合には、
個々のモジュールの全数検査を行い不良品を除く必要が
生じる。しかし、モジュールの耐電圧検査は最終的にフ
レーム付けまで行われた後で実施することになるため最
終製品にまで組み上げたモジュールを不良品として処理
するために、歩留りのわずかな低下でも工程の大幅なコ
ストアップにつながる。従って、絶縁不良の製品を極力
減らすことはコスト低減のためにも重要な要素となる。
薄膜太陽電池の耐電圧性能を得るとともに、その製造歩
留りを飛躍的に向上させることのできる太陽電池モジュ
ール及びその製造方法に関する。
載の太陽電池モジュールは、光電変換デバイスを形成し
て封止した基板端部を挟持状にフレームが設けられた太
陽電池モジュールであって、前記基板のフレーム近傍に
形成される半導体層及び/又は導電層の一部分を他の部
分と電気的に絶縁する絶縁部分が内側に向かって少なく
とも2箇所以上形成されたものである。
ュールは、光電変換デバイスを形成して封止した基板端
部を挟持状にフレームが設けられた太陽電池モジュール
であって、前記基板のフレーム近傍に他の部分と電気的
に絶縁するべく半導体層及び/又は導電層を形成しない
部分が内側に向かって少なくとも2箇所以上形成された
ものである。
ュールは、請求項1又は2記載の太陽電池モジュールに
おける前記フレームの少なくとも一部が金属材料からな
るものである。
ュールは、請求項1又は2記載の太陽電池モジュールの
前記フレームが基板端部の全周を取り巻いて設けられた
ものである。
ュールは、請求項1又は2記載の太陽電池モジュールの
前記絶縁部分の幅が約10μmから約1000μmの範
囲であるものである。
ュールは、請求項1又は2記載の太陽電池モジュールの
前記光電変換デバイスを構成するセルが、非晶質シリコ
ン,非晶質シリコンカーバイド,非晶質シリコンゲルマ
ニウム,微結晶シリコン,薄膜多結晶シリコン等の薄膜
非単結晶シリコン系材料からなるものである。
ュールの製造方法は、請求項1記載の太陽電池モジュー
ルにおける絶縁部分の少なくとも1箇所の形成にあた
り、レーザービームを照射して半導体層及び/又は導電
層の一部分を分離除去する方法である。
ュールの製造方法は、請求項7記載の太陽電池モジュー
ルの製造方法において、前記レーザビームの基本波又は
その高次高調波で決定される幅を絶縁部分として除去す
る方法である。
ュールの製造方法は、請求項7又は8記載の方法におけ
るレーザビーム源が光電変換デバイスの集積化に使用す
るものと同じである方法である。
バイスの半導体層及び/又は導電層の一部分を他の部分
と電気的に絶縁する絶縁部分を内側に向かって少なくと
も2箇所以上形成しているので、薄膜太陽電池の耐電圧
性能を向上させることができた。
ーンにより前記絶縁部分となる箇所を形成しないこと
で、請求項1と同じ構造にして耐電圧性能を向上させる
ことができた。
ュールにおける前記フレームの少なくとも一部が金属材
料の場合には、耐圧性能が低下しがちであるが、この場
合でも実用上まで耐圧性能を高めることができた。
ルにおける前記フレームが、基板端部の全周を取り巻い
て設けられた場合にも、耐圧性能が低下しがちである
が、この場合でも実用上まで耐圧性能を高めることがで
きた。
どに寄与しない部分であるので、狭い方が好ましいが、
狭すぎるに絶縁耐力が十分ではないので、請求項5記載
のように、フレームに沿って形成され、その幅が10μ
mから1000μmの範囲であることが太陽電池の効率
上及び絶縁耐力の関係で好ましい。
電変換デバイスを構成するセルは、請求項6に記載のよ
うに、非晶質シリコン,非晶質シリコンカーバイド,非
晶質シリコンゲルマニウム,微結晶シリコン,薄膜多結
晶シリコン等の薄膜非単結晶シリコン系材料からなり、
これによりガラス基板上に薄膜セルを直接形成した薄膜
太陽電池が作られる。
請求項7記載のように、レーザービームを照射して分離
除去する。これにより、分離幅の精度が良く生産性を高
めることができる。
ザビームの基本波又はその高次高調波で決定される幅と
することで、多くのレーザ源が不要となる。
池の集積化において使用するレーザビーム源を併用する
と、一貫して生産できるので便宜である。
その製造方法の実施例について、図面を参照して説明す
る。図1は本発明に係る太陽電池モジュールの一例を示
す断面図であり、図2乃至図4は比較例を示す断面図、
図5乃至図12は実施例の製造手順を説明するための模
式図である。図1に示す太陽電池モジュール12は、基
本単位となる光電変換デバイスである太陽電池セル13
をフロントカバーとなるガラス基板14上に集積して封
止し、その周端部にアルミニウムフレーム15を装着し
たものである。なお、本例では、ガラス基板14の周端
部のすべてにアルミニウムフレーム15を装着した場合
を例示するが、勿論ガラス基板14の両側がわに設ける
場合もある。ガラス基板14は、30cm×40cmの
大きさの厚さ4mmであり、このガラス基板14の周端
部を除いた部分に光電変換デバイス素子として作用する
複数個の太陽電池セル13が縦続接続されて集積されて
いる。
面に透明電極層として約9mm幅のストライプ状(分離
幅約100μm)で膜厚約900nmに形成されたSn
O2層16と、p型a−SiC:H/i型a−Si/n
型a−Siからなる半導体層17と、金属電極層として
のアルミニウム層18が積層された部分である。半導体
層17の基体となる組成は、上記したものに限らず、非
晶質シリコン,非晶質シリコンカーバイド,非晶質シリ
コンゲルマニウム,微結晶シリコン,薄膜多結晶シリコ
ン等の薄膜非単結晶シリコン系材料からなり、いわゆる
薄膜太陽電池を構成するものが用いられる。
ぞれ約20nm、500nm、40nmであり、この半
導体層17はSnO2膜16の右側分離線19のさらに
右側約100μmの位置にそれに平行になるように分離
幅約150μmで除去分離されている。アルミニウム層
18は、その厚みが約300nmで半導体層17の右側
約100μmの位置にそれぞれ平行になるように分離幅
約200μmで除去分離されている。
で、ガラス基板14の端から内側へ向かって約1cmに
かからない部分に、最右端及び最左端の太陽電池セル1
3のストライプに銅箔線を這わせて形成される正負両電
極20,21が配置されている。これら正負両電極2
0,21には夫々リード線が取り付けられている。本モ
ジュールの裏面側に当たる部分は、EVAとテドラーフ
ィルムからなる樹脂22により封止された後、カバーフ
ィルム23が積層されている。そして、カバーフィルム
23とガラス基板14の周端部を挟持するように、前記
アルミニウムフレーム15が取り付けられている。
内側を、約200μm幅でSnO2層16,半導体層1
7,アルミニウム層18を除去分離して第1絶縁部分2
4が形成され、さらに周囲から約7.5mmの位置に第
1絶縁部分24の作成条件と同じ条件で約200μm幅
で除去分離して第2絶縁部分25が形成されている。こ
の第2絶縁部25は、前記アルミニウムフレーム15の
挟持端面15aより内側に位置されている。なお、ここ
で、第1絶縁部分24,25がガラス基板14の内側に
形成されているというのは、具体的には図面上では正負
両電極20,21の方に向かう方向である。
ル12において、第1及び第2絶縁部分24,25を作
成するまでの製造手順を図5から図12を参照してレー
ザーパターニング法を用いた方法について説明する。
縁部分24,25を形成したのは、これら絶縁部分2
4,25は太陽電池としては光電変換などに寄与しない
部分になるためなるべく除去部分の面積を小さくするこ
とが好ましく、また、本例のアルミニウムフレーム15
はモジュールの全周を取り巻いているために、除去部分
の幅は太陽電池の面積効率にも少なからず影響するため
に、その幅の作成精度を上げることがひとつの目的であ
る。また、大面積の薄膜太陽電池は、一般にはレーザー
ビームを用いて集積化を行うことが多く、集積化と同じ
ビームを用いることがプロセス的には有利であり、この
点からレーザーパターニングによる分離幅は約10μm
から約1000μmの範囲であることが必要であり、よ
り好ましくは数十から数百μm程度を選定することが望
ましい。また、除去部分の幅を大きくするためにはレー
ザービームの径を大きくしなければならず、パターニン
グするためのエネルギーが大きくなり出力の大きなレー
ザー源が必要になるので、上記範囲の分離幅が採用され
る。
のガラス基板14上の一面にCVD法によりSnO2層
16を約900nmの膜厚で形成した(図5)。このと
きSnO2層16の一部は、ガラス基板14上だけでな
く、その反対面側にも回り込んで形成されていた。次い
で、ガラス基板14を損傷しないようにYAGレーザー
を用いて分離幅約100μmで約9mm幅のストライプ
状にSnO2層16を分割したのち、純水で超音波洗浄
を行った(図6)。かかる状態のガラス基板14上にプ
ラズマCVD法により順次、膜厚が約20nmのp型a
−SiC:H,膜厚が約500nmのi型a−Si,膜
厚が約40nmのn型a−Siからなる半導体層17を
形成した(図7)。
の右側約100μmの位置にそれに平行になるように前
記YAGレーザーの第2高調波を用いて分離幅約150
μmでSnO2にダメージのないように半導体層17を
除去分離し(図8)、さらにスパッタ法によってアルミ
ニウム層18を約300nmの厚みで形成した(図
9)。そして、半導体層17の右側約100μmの位置
にそれぞれ平行になるようにYAGレーザーの第2高調
波を用いて分離幅約200μmで半導体層17を損傷さ
せないようにしてアルミニウム層18を除去分離した
(図10)。而して、上記各工程によりガラス基板14
の端部を除いて、複数個の太陽電池セル13が縦続接続
により集積される。
移る。すなわち、半導体層17とアルミニウム層18の
除去分離後ガラス基板14の周囲から約8mm内側を約
200μm幅で前記YAGレーザー第2高調波でパワー
を上げてSnO2層16、半導体層17、アルミニウム
層18の全てを除去して第1絶縁部分24を作成(図1
1)した後、さらに周囲から約7.5mmの位置に第1
絶縁部分24の作成条件と同じ条件でもう1本分離のた
めの第2絶縁部分25を作成した(図12)。
に移る。すなわち、ガラス基板14の周囲から内側約1
cmにかからないようにその内側の最右端及び最左端の
ストライプ部分を用いて超音波半田で銅箔線を這わせて
正負両電極20,21を配置し、これら電極20,21
に正負リード線を夫々取りつける。そののちEVAとテ
ドラーフィルムで真空ラミネータを用いて裏面部を液状
の樹脂22で封止したのちカバーフィルム23,アルミ
ニウムフレーム15を取り付けた。このとき、樹脂22
はガラス基板14の側面がわまで回り込んでいた。
モジュール12のサンプルを複数枚用意し、夫々のサン
プルの正負両リード線を短絡させた後アルミニウムフレ
ーム15との間に直流電圧を印加することにより耐電圧
を測定した。同時に、図2乃至4に示す比較例1乃至3
の太陽電池モジュール26,27,28についても同様
に耐電圧を測定して本例のものと比較した。ここで、比
較例1の太陽電池モジュール26は、絶縁部分24,2
5の双方とも有さないもので、図10の構造に正負両電
極20,21、正負リード線、カバーフィルム23、ア
ルミニウムフレーム15を取り付けたものである(図2
参照)。比較例2の太陽電池モジュール27は、絶縁部
分24のみを形成したもので、図11の構造に正負両電
極20,21、正負リード線、カバーフィルム23、ア
ルミニウムフレーム15を取り付けたものである(図3
参照)。比較例3の太陽電池モジュール28は、比較例
2における絶縁部分24の分離幅が200μmであるの
に対して、350μmにしたものである(図4参照)。
上記耐圧試験結果を表1に示している。
したときの夫々のレベル内の耐圧を有するサンプル数で
ある。
べてのサンプルの耐圧はいずれも1KV以下であり、ほ
とんどが初期から短絡状態であった。比較例2のサンプ
ル数は40枚であり、比較例1に比べて改善されたもの
の、10kV以上が2枚、5〜10kVが24枚、1〜
5kVが6枚、1kV以下が8枚であった。比較例3の
サンプル数は40枚であり、10kV以上が3枚、5〜
10kVが26枚、1〜5kVが5枚、1kV以下が6
枚であり、比較例2と大差はなかった。
枚であり、耐電圧測定の結果10kV以上が5枚、5〜
10kVが33枚、1〜5kVが2枚、1kV以下が0
枚であり、1kV以下の太陽電池モジュールがなくなる
とともに耐電圧が屋外用太陽電池として実用上問題がな
い程度に大幅に改善したのが確認された。
を用いた除去方法により絶縁部分24,25を形成した
が、勿論マスクプロセスや印刷パターンを工夫してセル
の一部を形成しない非形成方法により絶縁部分24,2
5を形成してもよく、この非形成方法と本例の除去方法
とを併用してもよい。また、本例では絶縁部分24,2
5を2箇所形成したが、太陽電池の面積効率を大きく阻
害しない限度で3箇所以上に形成することで、その耐圧
特性をさらに改善することができる。
膜太陽電池の絶縁性能を向上させることができるので、
屋外用太陽電池の実用化に極めて有効である。而して、
複数の太陽電池モジュールを併設して太陽光発電システ
ムを組み上げる場合でも、個々のモジュールの耐圧が向
上するので、全体としての耐圧に対する信頼性が向上す
る。その結果、耐電圧性能の不良による歩留り低下を防
止し、ひいてはモジュールのコスト低減を図ることがで
きる。さらに、絶縁部分をレーザビームの照射により除
去する製造方法を使用すると、薄膜太陽電池の集積化に
おいても同じビームを用いることができるので、生産工
程上も便宜であるうえに、分離精度とともに生産性を高
めることもできる。
断面図である。
す模式図である。
す模式図である。
る。
ある。
式図である。
ある。
ある。
示す断面図である。
を示す断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 光電変換デバイスを形成して封止した基
板端部を挟持状にフレームが設けられた太陽電池モジュ
ールであって、前記基板のフレーム近傍に形成される半
導体層及び/又は導電層の一部分を他の部分と電気的に
絶縁する絶縁部分が内側に向かって少なくとも2箇所以
上形成されたことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項2】 光電変換デバイスを形成して封止した基
板端部を挟持状にフレームが設けられた太陽電池モジュ
ールであって、前記基板のフレーム近傍に他の部分と電
気的に絶縁するべく半導体層及び/又は導電層を形成し
ない絶縁部分が内側に向かって少なくとも2箇所以上形
成されたことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項3】 前記フレームの少なくとも一部が金属材
料からなることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽
電池モジュール。 - 【請求項4】 前記フレームは、基板端部の全周を取り
巻いて設けられたことを特徴とする請求項1又は2記載
の太陽電池モジュール。 - 【請求項5】 前記絶縁部分は、フレームに沿って形成
され、その幅が約10μmから約1000μmの範囲で
あることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽電池モ
ジュール。 - 【請求項6】 前記光電変換デバイスを構成するセル
が、非晶質シリコン,非晶質シリコンカーバイド,非晶
質シリコンゲルマニウム,微結晶シリコン,薄膜多結晶
シリコン等の薄膜非単結晶シリコン系材料からなること
を特徴とする請求項1又は2記載の太陽電池モジュー
ル。 - 【請求項7】 請求項1記載の太陽電池モジュールにお
ける絶縁部分の少なくとも1箇所の形成にあたり、レー
ザービームを照射して半導体層及び/又は導電層の一部
分を分離除去することを特徴とする太陽電池モジュール
の製造方法。 - 【請求項8】 前記レーザビームの基本波又はその高次
高調波で決定される幅を絶縁部分として除去することを
特徴とする請求項7記載の太陽電池モジュールの製造方
法。 - 【請求項9】 前記レーザビーム源が光電変換デバイス
の集積化に使用するものと同じであることを特徴とする
請求項7又は8記載の太陽電池モジュールの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25771194A JP3520425B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 太陽電池モジュール及びその製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25771194A JP3520425B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 太陽電池モジュール及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0883919A true JPH0883919A (ja) | 1996-03-26 |
JP3520425B2 JP3520425B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=17310053
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25771194A Expired - Lifetime JP3520425B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | 太陽電池モジュール及びその製造方法 |
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Country | Link |
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