JPH11135811A - Cis系太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Cis系太陽電池モジュール及びその製造方法

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JPH11135811A
JPH11135811A JP9295711A JP29571197A JPH11135811A JP H11135811 A JPH11135811 A JP H11135811A JP 9295711 A JP9295711 A JP 9295711A JP 29571197 A JP29571197 A JP 29571197A JP H11135811 A JPH11135811 A JP H11135811A
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solar cell
cis
thin film
cell module
film
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JP9295711A
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English (en)
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Norio Mochizuki
紀雄 望月
Kazuhiro Toyoda
和弘 豊田
Masami Nakamura
真砂美 中村
Kazue Suzuki
和枝 鈴木
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板面積を縮小することなく重量を低減した
取り扱いの簡単なCIS系太陽電池モジュールを低コス
トで提供する提供する。 【解決手段】 表面に耐熱性電気絶縁膜1aを成膜した
金属薄膜1bよりなる基板1を有するCIS系太陽電池
モジュールとする。前記耐熱性電気絶縁膜1aは、例え
ば、酸化珪素を主成分とする材料で構成されるセラミッ
ク薄膜又は耐熱性樹脂材料で構成される樹脂薄膜であ
る。前記樹脂薄膜を可撓性の樹脂材料で構成すると、ro
ll to roll 方式でCIS系太陽電池のサブモジュール
化をすることが可能となる。さらに、熱可塑性透明樹脂
層を介して可撓性の透明樹脂フィルムを表面保護層とし
て設けると、CIS系太陽電池のサブモジュールに可撓
性を付与することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CIS系太陽電池
モジュール及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体太陽電としては、周期律表
のIII族の元素(Ga、In等)及びV族の元素
(P、As等)から構成されるIII−V族化合物半導
体太陽電池、並びに、周期律表のII族の元素(Zn、
Cd等)及びVI族の元素(S、Se、Te等)から構
成されるII−VI族化合物半導体太陽電池が知られて
いる。最近では、CuInSe2 (CIS)等のカルコ
パイライト化合物の薄膜を用いた太陽電池が提案されて
いる。特に、CISは、光吸収係数が大きく、また、薄
膜化に適しているので、低コストで大面積の太陽電池を
提供するために、CISを用いた太陽電池の開発が期待
されている。
【0003】図4は、従来の太陽電池モジュールの断面
説明図である。図4において、40は、太陽電池モジュ
ールである。太陽電池モジュール40においては、多数
接続された結晶系Si太陽電池素子33が厚さ1〜3m
mの無機ガラス板よりなる基板31及び厚さ1〜3mm
の無機ガラス板よりなる表面保護板35の間の透明樹脂
層32の中に封止されている。結晶系Si太陽電池素子
33の相互は、インターコネクタ34によって、接続さ
れている。前記透明樹脂としては、ポリビニルブチロー
ル、エチレンビニルアセテート等が用いられている。こ
の太陽電池モジュール40は、アルミ枠36の中に納め
られ、その表面保護板35より受光する。
【0004】図5は、他の従来の太陽電池サブモジュー
ルの断面説明図である。図5において、50は、薄膜太
陽電池サブモジュールである。薄膜太陽電池サブモジュ
ール50は、ガラス板よりなる基板41を有している。
基板41の上には、裏面電極42が形成され、その裏面
電極42の上には、p型半導体43が形成され、そのp
型半導体43の上には、n型半導体44aが形成され、
さらに、そのn型半導体44aの上には、直列接続用集
電体46が形成されている。薄膜太陽電池サブモジュー
ル50の一方端のn型半導体44bの上には、−電極4
7が設けられ、そして、その他方端の裏面電極42の上
には、+電極45が設けられている。
【0005】図6は、従来のCIS系薄膜太陽電池の製
造ラインの一例を示す概略説明図である。60は、反応
室である。反応室60は、基板挿入室60a、Mo膜形
成室60b、CIS膜形成室60c、CdS膜形成室6
0d、ZnO膜形成室60e、AlをドープしたZnO
膜形成室60f及び基板取り出し室60gを有してい
る。これらの反応室は、それぞれ、入口及び出口にシャ
ッターを有し、そして、真空ポンプによる排気によって
真空に保持されている。基板51は、シャッター52を
開けて順次各反応室に導入される。Mo膜形成室60
b、CIS膜形成室60c、CdS膜形成室60d、Z
nO膜形成室60e及びAlをドープしたZnO膜形成
室60fでは、RF電源の印加により発生させたイオン
が加速させてそれらの膜反応室に設けられたターゲッ
ト、即ち、「Mo」、「Cu、In、Se」、「Cd
S」、「ZnO」及び「AlをドープしたZnO」にそ
れぞれ衝突する。そして、それらの衝突ではじき出され
たターゲットの原子、分子が基板51の上に順次堆積さ
れてCIS系薄膜太陽電池が形成される。
【0006】このように、従来の太陽電池モジュールに
おいては、ガラス板が基板として用いられているが、そ
の理由は、ガラス板が絶縁性及び耐候性に優れているか
らである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ガラスは、脆く、割れ
やすいという性質があるので、上記したようなCIS系
太陽電池モジュールの製造においては、基板として板厚
の厚いガラス板を用いている。しかしながら、ガラス板
を厚くすると、CIS系太陽電池モジュールの総重量が
重くなって、その取り扱いが不便になるという問題があ
り、かかる問題を回避しようとすると、ガラス板よりな
る基板の面積を、小さくしなければならない、即ち、制
限しなければならない、という問題がある。
【0008】本発明は、かかる問題を解決することを目
的としている。即ち、本発明は、基板面積を縮小するこ
となく重量を低減した取り扱いの簡単なCIS系太陽電
池モジュールを低コストで提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、このような
課題を解決するために、CIS系太陽電池モジュールに
おける基板として金属薄膜を用いること思いついたが、
金属薄膜は、良導電性であるために、そのままではCI
S系太陽電池モジュールにおける基板として用いること
ができないので、CIS系太陽電池モジュールにおける
基板として金属薄膜を用いることができるような方策を
鋭意実験を重ね探求している内に、金属薄膜の表面に酸
化珪素を主成分とするセラミックス、耐熱性樹脂材料等
の耐熱性電気絶縁膜を形成したところ、かかる電気絶縁
膜が表面に形成された金属薄膜よりなる基板がCIS系
太陽電池モジュールにおける基板として有効に用いるこ
とができることを発見して本発明を完成するに至った。
【0010】即ち、本第1発明は、上記目的を達成する
ために、表面に耐熱性電気絶縁膜を成膜した金属薄膜よ
りなる基板を有することを特徴とするCIS系太陽電池
モジュールである。
【0011】本第2発明は、第1発明において、耐熱性
電気絶縁膜がセラミック薄膜であることを特徴としてい
る。
【0012】本第3発明は、第2発明において、セラミ
ック薄膜を酸化珪素を主成分とする材料で構成すること
を特徴としている。
【0013】本第4発明は、第3発明において、セラミ
ック薄膜を、次の式、
【化3】 CH2Si(OH) (1) 及び
【化4】 (式中、Rは、炭素数が1〜2の直鎖アルキル基をしめ
す。)で示される化合物から選ばれる少なくとも1種の
シラン化合物を重リン酸アルミニウムを触媒として加水
分解・重縮合反応させてサブミクロンサイズの超微粒子
が溶液中に分散した流動性を示すゾルとした無機コーテ
ィング組成物より、形成したことを特徴としている。
【0014】第5発明は、第1発明において、耐熱性電
気絶縁膜を樹脂材料で構成することを特徴としている。
【0015】第6発明は、第5発明において、樹脂材料
が可撓性の樹脂材料であることを特徴としている。
【0016】第7発明は、第1,2,3,4,5又は6
発明において、熱可塑性透明樹脂層を介して無機ガラス
板を表面保護層として設けたことを特徴としている。
【0017】第8発明は、第6発明において、熱可塑性
透明樹脂接着剤層を介して可撓性の透明樹脂フィルムを
表面保護膜として設けたことを特徴としている。
【0018】第9発明は、(イ) 表面に可撓性の樹脂材料
で構成された耐熱性電気絶縁膜を成膜した金属薄膜より
なる基板の耐熱性電気絶縁膜にMo薄膜を形成する工
程、(ロ) 前記Mo薄膜にCu膜を形成する工程、(ハ) 前
記Cu薄膜にIn-Se系化合物半導体薄膜を形成する
工程、(ニ) 前記CIS系化合物半導体薄膜にCdS薄膜
を形成する工程、及び、(ホ) 前記CdS薄膜にZnO薄
膜を形成する工程、を順次有するCIS系太陽電池モジ
ュールの製造において、可撓性樹脂材料で構成された耐
熱性電気絶縁膜を有する金属薄膜よりなる基板を、供給
ロールより連続的に送り出し、そして、巻き取りロール
で連続的に巻き取ることを特徴とするCIS系太陽電池
モジュールの製造方法である。
【0019】第10発明は、第9発明において、(ホ) 工
程に続いて、(ヘ) ZnO薄膜に熱可塑性透明樹脂接着剤
層を介して可撓性の透明樹脂フィルムを表面保護膜とし
て設ける工程を有することを特徴としている。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施の形態を
示すCIS系太陽電池モジュールの断面説明図である。
【0021】図1において、10は、CIS系太陽電池
モジュールである。CIS系太陽電池モジュールは、耐
熱性電気絶縁膜1bを成膜した金属薄膜1aよりなる基
板1を有している。この基板1の上に裏面電極2、CI
S系太陽電池素子3及び透明電極4が順次設けられ、そ
れらが熱可塑性透明樹脂5によって封止されている。表
面保護ガラス6は、熱可塑性透明樹脂5を介して設けら
れている。この太陽電池モジュール10は、表面保護ガ
ラス6と同寸法で切り取られて、外枠7の中に納められ
て、強度を保持している。そして、この太陽電池モジュ
ール10は、その表面保護ガラス6より受光する。
【0022】前記金属薄膜1aとしては、例えば、SU
S、アルミムウムメッキ鋼板等が用いられる。前記金属
薄膜1aは、CIS系太陽電池素子3の成膜時に支障を
きたさない膜厚を有し、例えば、0.025〜0.5m
mの膜厚を有する。前記耐熱性電気絶縁膜1bは、35
0〜550℃のセレン化温度に耐えられる材料で構成さ
れるものであればどのような材料で構成されていても良
いが、好適には、セラミック又は耐熱性樹脂によって構
成される。前記耐熱性電気絶縁膜1bは、0.004〜
0.010mmの膜厚を有する。
【0023】前記セラミックよりなる薄膜は、例えば、
酸化珪素を主成分とする材料で形成され、好ましくは、
次の式、
【化5】 CH2Si(OH) (1) 及び
【化6】 (式中、Rは、炭素数が1〜2の直鎖アルキル基をしめ
す。)で示される化合物から選ばれる少なくとも1種の
シラン化合物を重リン酸アルミニウムを触媒として加水
分解・重縮合反応させて、サブミクロンサイズの超微粒
子が溶液中に分散した流動性を示すゾルからなる無機コ
ーティング組成物より形成される。即ち、セラミックス
薄膜(1b)は、前記ゾルよりなる無機系コーティング
組成物を金属薄膜1aの表面に被覆して該超微粒子同士
が3次元的に成長した見かけ上固化したゲルとし、さら
に、これを加熱することにより形成される。このような
無機系コーティング組成物は、例えば、特開平3−35
073号公報に示されているように斯界でよく知られた
ものであり、『グラスモドキ』X−500PA(テー・
エス・ビー社製)として市販されているものである。
【0024】前記耐熱性樹脂よりなる薄膜は、1種のア
ルコキシシランの加水分解物、もしくは、その部分縮合
物からなるポリシロキサン、メチルトリメトキシシラ
ン、メチルトリエトキシシラン等の樹脂材料により形成
される。
【0025】前記CIS系太陽電池素子4を構成するカ
ルコパイライト化合物としては、例えば、CuInSe
2 、CuInS2、Cu(In1-xGax)Se2、CuI
n(SxSe1-x2 、Cu(In1-xGax)(SySe
1-Y2 等(これらの式中、x及びyはそれぞれ0≦x
≦1及び0≦y≦1で示される値である。)がある。
【0026】前記熱可塑性透明樹脂としては、ポリビニ
ルブチロール、エチレンビニルアセテート、ウレタン樹
脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等が用いられている。
【0027】図2は、本発明の他の一実施の形態を示す
CIS系太陽電池モジュールの断面説明図であり、そし
て、図3は、そのCIS系太陽電池の製造ラインを示す
概略説明図である。
【0028】図2において、20は、CIS系太陽電池
モジュールである。CIS系太陽電池モジュール20
は、可撓性の樹脂材料で構成される耐熱性電気絶縁膜1
1bを成膜した金属薄膜11aよりなる可撓性の基板1
1を有している。この基板上にCIS系太陽電池素子1
2が多数設けられ、そして、それらのCIS系太陽電池
素子12は、配線13によって接続されている。配線1
3によって接続されたCIS系太陽電池素子12は、熱
可塑性透明樹脂接着剤層14によって封止され、そし
て、その熱可塑性透明樹脂接着剤層14の上には、透明
樹脂フィルム15が設けられている。16,16は、C
IS系太陽電池素子12の電極(図示せず)に接続され
たリード線である。
【0029】前記耐熱性電気絶縁膜1bを構成する可撓
性の樹脂材料としては、ポリイミド、ポリエーテルイミ
ド、パラ系アラミド、フッ素系樹脂等の樹脂により成膜
された膜であって高温に耐えられるものが用いられる。
【0030】前記熱可塑性透明樹脂接着剤としては、ポ
リビニルブチロール、エチレンビニルアセテート、ウレ
タン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等の基板との充分
な接着性を確保でき、しかも、長期耐久に優れ、熱膨
張、熱収縮に耐えられる柔軟性を兼ね備えた樹脂が用い
られる。
【0031】前記透明樹脂フィルムとしては、フッ素樹
脂、アクリル樹脂等のフィルムがあるが、耐候性、機械
的強度及び透明性の観点から、延伸処理していない四フ
ッ化エチレン共重合体フィルム、あるいは、コロナ処理
又はプラズマ処理を行い、さらに、延伸処理を施してあ
る他のフィルム等が用いられる。
【0032】CIS系太陽電池モジュール20は、例え
ば、図3に示されるCIS系太陽電池の製造ラインによ
って製造される。30は、反応室である。反応室30
は、基板挿入室30a、Mo膜形成室30b、Cu膜形
成室30c、In−Se膜形成室30d、Se化室30
e、CdS膜形成室30f、ZnO膜形成室30g及び
基板取り出し室30hを有している。可撓性の基板22
は、基板挿入室30aに設けられた供給ロール22から
各反応室に順次導入される。Mo膜形成室30b、Cu
膜形成室30c、In−Se膜形成室30d、CdS膜
形成室30f及びZnO膜形成室30gでは、RF電源
の印加により発生させたイオンが加速されてそれらの膜
反応室に設けられたターゲット、即ち、「Mo」、「C
u」、「In−Se」、「CdS」及び「ZnO」にそ
れぞれ衝突し、そして、それらの衝突ではじき出された
ターゲットの原子、分子が可撓性の基板22の上に順次
堆積されてCIS系太陽電池が形成される。その際、S
e化室30eでは、積層された膜が外部電源(図示せ
ず)に接続されたヒータ23,24の加熱によって40
0〜550℃に加熱されてSe化され、CIS薄膜が形
成される。そして、基板取り出し室30hでは、このよ
うにCIS系太陽電池が形成され可撓性基板が巻き取り
ロール25により巻き取られる。
【0033】
【実施例】
(実施例1)0.2mmのアルミニウムメッキ鋼板に耐
熱性電気絶縁膜として無機ガラスを成膜して基板を形成
した。その上に、裏面電極としてMo膜をスパッタリン
グにより成膜した後、この膜を0.5mmの間隔にスク
ライブして基板上にスクライブラインを形成した。次
に、このMo膜の上にCIS薄膜及びCdS膜を順次ス
ッパタリングにより成膜した後、これらの膜を前記スク
ライブラインに沿って0.2mmの間隔にスクライブし
て基板上にスクライブラインを形成した。続いて、この
CdS薄膜の上にZnO膜及びAlをドープしたZnO
膜を順次スッパタリングにより成膜した後、これらの膜
を0.2mmの間隔にスクライブしてスクライブライン
を形成することによりサブモジュールとした。そして、
これらのサブモジュールよりAg電極を取り出し、その
上をエチレン−酢酸ビニル共重合体で封止すると同時に
1mmの厚さの表面保護ガラスを設けて、50mm×5
0mmの正方形の太陽電池モジュールを得た。このよう
にして得られた太陽電池モジュールの変換効率は、2%
であった。なお、本実施例においては、「変換効率」
は、人工光源(Solar simulator)を用いて太陽電池に
光を照射して出力した結果により測定した。測定条件
は、光の強度;100mW/cm2 、エアーマス(A
M);1.5、及び、温度;25℃とした。以下、同様
とする。
【0034】(実施例2)0.2mmのアルミニウムメ
ッキ鋼板に耐熱性電気絶縁膜としてポリイミド樹脂を成
膜して基板を形成した。その上に、裏面電極としてMo
膜をスパッタリングにより成膜した後、この膜を0.5
mmの間隔にスクライブして基板上にスクライブライン
を形成した。次に、このMo膜の上にCIS薄膜及びC
dS膜を順次スッパタリングにより成膜した後、これら
の膜を前記スクライブラインに沿って0.2mmの間隔
にスクライブして基板上にスクライブラインを形成し
た。続いて、このCdS薄膜の上にZnO膜及びAlを
ドープしたZnO膜を順次スッパタリングにより成膜し
た後、これらの膜を0.2mmの間隔にスクライブして
スクライブラインを形成することによりサブモジュール
とした。そして、これらのサブモジュールよりAg電極
を取り出し、その上を市販の0.1mmの厚さの四フッ
カエチレン共重合体よりなる表面保護フィルムでラミネ
ートして、50mm×50mmの正方形の太陽電池モジ
ュールを得た。このようにして得られた太陽電池モジュ
ールの変換効率は、1.86であった。
【0035】以上説明したように、本発明の構成によれ
ば、次のような利点がある。即ち、表面に耐熱性電気絶
縁膜、例えば、セラミック薄膜又は樹脂薄膜、を成膜し
た金属薄膜よりなる基板を用いているので、基板の割
れがないこと、表面保護ガラスの大きさに応じて基板
の切断を行えること、基板の放熱性がよいこと、C
IS系太陽電池モジュールを軽することができること、
材料コストを低く抑えることができること等の利点が
ある。また、前記樹脂薄膜の材料として可撓性の樹脂材
料を用いているので、roll to roll 方式でCIS系
太陽電池のサブモジュール化を可能とすること、連続
製造工程の採用によりCIS系太陽電池モジュールの製
造コストを低く抑えることができること等の利点があ
る。さらに、表面保護材として可撓性の樹脂を用いてい
るので、CIS系太陽電池のサブモジュールに可撓性
を付与することができる等の利点がある。
【0036】
【発明の効果】基板面積を縮小することなく重量を低減
した取り扱いの簡単なCIS系太陽電池モジュールを低
コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示すCIS系太陽電池
モジュールの断面説明図である。
【図2】本発明の他の一実施の形態を示すCIS系太陽
電池モジュールの断面説明図である。
【図3】そのCIS系太陽電池の製造ラインを示す概略
説明図である。
【図4】従来の太陽電池モジュールの断面説明図であ
る。
【図5】他の従来の太陽電池サブモジュールの断面説明
図である。
【図6】従来のCIS系薄膜太陽電池の製造ラインの一
例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
1,11 基板 1a,11a 金属薄膜 1b,11b 耐熱性電気絶縁膜 2 裏面電極 3,12 CIS系太陽電池素子 4 透明電極 5 熱可塑性透明樹脂 6 表面保護ガラス 7 外枠 10,20 CIS系太陽電池モジュール 13 配線 14 熱可塑性透明接着剤層 15 透明樹脂フィルム 16 リード線 21 可撓性の基板 22 供給ロール 23,24 加熱板 25 巻き取りロール 30 反応室 30a 板挿入室 30b Mo膜形成室 30c Cu膜形成室 30d In−Se膜形成室 30e Se化室 30f CdS膜形成室 30g ZnO膜形成室 30h 基板取り出し室
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 和枝 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に耐熱性電気絶縁膜を成膜した金属
    薄膜よりなる基板を有することを特徴とするCIS系太
    陽電池モジュール。
  2. 【請求項2】 耐熱性電気絶縁膜がセラミック薄膜であ
    ることを特徴とする請求項1記載のCIS系太陽電池モ
    ジュール。
  3. 【請求項3】 セラミック薄膜を酸化珪素を主成分とす
    る材料で構成することを特徴とする請求項2記載のCI
    S系太陽電池モジュール。
  4. 【請求項4】 セラミック薄膜を、次の式 【化1】 CH2Si(OH) (1) 及び 【化2】 (式中、Rは、炭素数が1〜2の直鎖アルキル基をしめ
    す。)で示される化合物から選ばれる少なくとも1種の
    シラン化合物を重リン酸アルミニウムを触媒として加水
    分解・重縮合反応させてサブミクロンサイズの超微粒子
    が溶液中に分散した流動性を示すゾルとした無機コーテ
    ィング組成物より、形成したことを特徴とする請求項3
    記載のCIS系太陽電池モジュール。
  5. 【請求項5】 耐熱性電気絶縁膜を樹脂材料で構成する
    ことを特徴とする請求項1記載のCIS系太陽電池モジ
    ュール。
  6. 【請求項6】 樹脂材料が可撓性の樹脂材料であること
    することを特徴とする請求項5記載のCIS系太陽電池
    モジュール。
  7. 【請求項7】 熱可塑性透明樹脂層を介して無機ガラス
    板を表面保護層として設けたことを特徴とする請求項
    1,2,3,4,5又は6記載のCIS系太陽電池モジ
    ュール。
  8. 【請求項8】 熱可塑性透明樹脂接着剤層を介して可撓
    性の透明樹脂フィルムを表面保護膜として設けたことを
    特徴とする請求項6記載のCIS系太陽電池モジュー
    ル。
  9. 【請求項9】 (イ) 表面に可撓性の樹脂材料で構成され
    た耐熱性電気絶縁膜を成膜した金属薄膜よりなる基板の
    耐熱性電気絶縁膜にMo薄膜を形成する工程、(ロ) 前記
    Mo薄膜にCu膜を形成する工程、(ハ) 前記Cu薄膜に
    In−Se系化合物半導体薄膜を形成する工程、(ニ) 前
    記CIS系化合物半導体薄膜にCdS薄膜を形成する工
    程、及び、(ホ) 前記CdS薄膜にZnO薄膜を形成する
    工程、を順次有するCIS系太陽電池モジュールの製造
    において、可撓性樹脂材料で構成された耐熱性電気絶縁
    膜を有する金属薄膜よりなる基板を、供給ロールより連
    続的に送り出し、そして、巻き取りロールで連続的に巻
    き取ることを特徴とするCIS系太陽電池モジュールの
    製造方法。
  10. 【請求項10】 前記請求項9記載のCIS系太陽電池
    モジュールの製造において、(ホ) 工程に続いて、(ヘ) Z
    nO薄膜に熱可塑性透明樹脂接着剤層を介して可撓性の
    透明樹脂フィルムを表面保護膜として設ける工程を有す
    ることを特徴とするCIS系太陽電池モジュールの製造
    方法。
JP9295711A 1997-10-28 1997-10-28 Cis系太陽電池モジュール及びその製造方法 Withdrawn JPH11135811A (ja)

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