JPWO2004064167A1 - 透光性薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
絶縁透光性基板の一主面上に順に積層された第１電極層、半導体層、および第２電極層からなる直列接続された複数の光電変換セルを含み、少なくとも第２電極層が除去された複数の透光性開口穴を含む透光性薄膜太陽電池モジュールであって、透光性開口穴の直径が３０μｍ〜５００μｍの大きさであって、その直径の１．０１倍から２倍の中心点間距離にて線上に配置されてなることを特徴とする高出力、高透光性で外観に優れた薄膜太陽電池モジュールとその製造方法
Description
本発明は、薄膜太陽電池モジュールに関し、特に透光性を有し該モジュールを介して背景を視認可能で、透光スクリーンとして使用可能な透光性薄膜太陽電池モジュールに関する。
薄膜太陽電池は一般に、図３に示す構造を有する集積型薄膜太陽電池１１として形成することが多い。図３において、光電変換セル１０は、絶縁透光性基板２上において、第１電極層３、半導体層４、および第２電極層５を順次積層した構造を有している。すなわち、集積型薄膜太陽電池１１においては、絶縁透光性基板２側または第２電極層５側から入射する光が、半導体層４に含まれる光電変換ユニットによって光電変換される。
図３に示す集積型薄膜太陽電池１１には、上記薄膜を分割する第１、第２の分離溝２１、２２と接続溝２３とが設けられている。これら第１、第２の分離溝２１、２２及び接続溝２３は、互いに平行であって、図３の断面図の紙面に対して垂直な方向に延在している。
第１の分離溝２１は、第１電極層３をそれぞれの光電変換セル１０に対応して分割しており、第１電極層３と半導体層４との界面に開口を有し且つ絶縁透光性基板２の表面を底面としている。この第１の分離溝２１は、半導体層４を構成するシリコン系薄膜によって埋め込まれており、隣り合う第１電極層同士を電気的に絶縁している。
第２の分離溝２２は、第１の分離溝２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝２２は、半導体層４、及び第２電極層５をそれぞれのセル１０に対応して分割しており、第２電極層５と樹脂封止層６との界面に開口を有し且つ第１電極層３の表面を底面としている。この第２の分離溝２２は、封止樹脂層６によって埋め込まれており、隣り合うセル１０間で第２電極層５同士を電気的に絶縁している。
接続溝２３は、第１の分離溝２１と第２の分離溝２２との間に設けられている。接続溝２３は、半導体層４を分割しており、半導体層４と第２電極層５との界面に開口を有し且つ第１電極層３の表面を底面としている。この接続溝２３は、第２電極層５を構成する導電材料で埋め込まれており、隣り合うセル１０の一方の第２電極層５と他方の第１電極層３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝２３及びそれを埋め込む導電材料は、絶縁透光性基板２上に並置されたセル１０同士を直列接続する役割を担っている。
これら第１、第２の分離溝２１と２２とにより挟まれ接続溝２３を各々１本含む領域は光電変換に寄与しない領域で、一般に接続領域９と呼ばれる。
従来、透光性を有する太陽電池モジュールとして、透光性を有する開口部分を、光電変換が行われる活性領域であるセル領域内に設ける方法と、セル領域外に設ける方法が提案されている。一般に、前者のセル領域内に開口部分を設ける方が、太陽電池モジュール面内に開口部分を緻密に配置可能なので、目視ではモジュール全面に均一な、優れた透光性及び外観のモジュールとなる。
ここで、モジュール内の開口部分の形態としては、特定な形状の繰り返し、例えばハニカム形状が、透光性を有する開口穴の形態として提案されている（米国特許４，７９５、５００号）。また、等間隔で平行な直線状の開口溝も、透光性を有する開口部分として提案されている（米国特許５，２５４、１７９号）。
これらの開口部分の形成方法としては、レーザスクライブ法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、リフトオフ法、ワイヤマスク法等が使用可能であるが、薄膜太陽電池モジュールの場合には、パルスレーザ光を基板に対して相対的に走査し、基板上の薄膜を加工、即ちパターニングする所謂レーザスクライブ法が適用できる。集積型薄膜太陽電池モジュールの製造においては、光電変換セルを直列接続するためのパターニング工程と、透光性を有する開口部分を形成するためのパターニング工程とを、レーザスクライブ法により同様の装置により実施することが可能である（特開平０４−３４８５７０号）。
ところで、薄膜太陽電池では、その製造工程の最終段階近くで、１つの光電変換セルの第１電極層と第２電極層との間に、逆バイアス電圧を印加し光電変換セル内の短絡欠陥部を除去する「逆バイアス処理」と称する方法で、太陽電池特性を向させることが一般的である（特開２０００−２７７７７５、特開２００１−０５３３０２）。
モジュール内の透光性開口部分を開口穴として形成する場合、隣り合う開口穴同士の間隔を十分短くしなければ、これら開口穴が不連続に視認され、透光性薄膜太陽電池モジュールを介して観察される背景または映像は、その輝度および解像度が不十分で、不鮮明となってしまうという問題がある。さらに、開口穴が小さ過ぎると透光性が急激に低下し、開口穴が大きすぎると外観や太陽電池出力の点で問題がある。
逆に、モジュール内の透光性開口部分を開口溝として形成する場合、第２電極層が開口溝で除去されているため、１つの光電変換セルの第２電極層が複数個に分割されているため、「逆バイアス処理」が十分に行えないという問題がある。
また、モジュール内の透光性開口部分を開口溝として形成する場合、レーザスクライブ法で透光性を有する開口穴を連続的に配列することでこの開口溝を形成するためには、レーザ光照射間隔をレーザ光照射によって形成される透光性開口穴の大きさより短くする必要があり、レーザ光の走査速度が制限される。
さらに、透光性薄膜太陽電池モジュールに対する透光性を有する開口穴の割合を増大させると、明瞭な像を得ることができるが、光電変換特性は低下してしまう。
図３に示す集積型薄膜太陽電池１１には、上記薄膜を分割する第１、第２の分離溝２１、２２と接続溝２３とが設けられている。これら第１、第２の分離溝２１、２２及び接続溝２３は、互いに平行であって、図３の断面図の紙面に対して垂直な方向に延在している。
第１の分離溝２１は、第１電極層３をそれぞれの光電変換セル１０に対応して分割しており、第１電極層３と半導体層４との界面に開口を有し且つ絶縁透光性基板２の表面を底面としている。この第１の分離溝２１は、半導体層４を構成するシリコン系薄膜によって埋め込まれており、隣り合う第１電極層同士を電気的に絶縁している。
第２の分離溝２２は、第１の分離溝２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝２２は、半導体層４、及び第２電極層５をそれぞれのセル１０に対応して分割しており、第２電極層５と樹脂封止層６との界面に開口を有し且つ第１電極層３の表面を底面としている。この第２の分離溝２２は、封止樹脂層６によって埋め込まれており、隣り合うセル１０間で第２電極層５同士を電気的に絶縁している。
接続溝２３は、第１の分離溝２１と第２の分離溝２２との間に設けられている。接続溝２３は、半導体層４を分割しており、半導体層４と第２電極層５との界面に開口を有し且つ第１電極層３の表面を底面としている。この接続溝２３は、第２電極層５を構成する導電材料で埋め込まれており、隣り合うセル１０の一方の第２電極層５と他方の第１電極層３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝２３及びそれを埋め込む導電材料は、絶縁透光性基板２上に並置されたセル１０同士を直列接続する役割を担っている。
これら第１、第２の分離溝２１と２２とにより挟まれ接続溝２３を各々１本含む領域は光電変換に寄与しない領域で、一般に接続領域９と呼ばれる。
従来、透光性を有する太陽電池モジュールとして、透光性を有する開口部分を、光電変換が行われる活性領域であるセル領域内に設ける方法と、セル領域外に設ける方法が提案されている。一般に、前者のセル領域内に開口部分を設ける方が、太陽電池モジュール面内に開口部分を緻密に配置可能なので、目視ではモジュール全面に均一な、優れた透光性及び外観のモジュールとなる。
ここで、モジュール内の開口部分の形態としては、特定な形状の繰り返し、例えばハニカム形状が、透光性を有する開口穴の形態として提案されている（米国特許４，７９５、５００号）。また、等間隔で平行な直線状の開口溝も、透光性を有する開口部分として提案されている（米国特許５，２５４、１７９号）。
これらの開口部分の形成方法としては、レーザスクライブ法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、リフトオフ法、ワイヤマスク法等が使用可能であるが、薄膜太陽電池モジュールの場合には、パルスレーザ光を基板に対して相対的に走査し、基板上の薄膜を加工、即ちパターニングする所謂レーザスクライブ法が適用できる。集積型薄膜太陽電池モジュールの製造においては、光電変換セルを直列接続するためのパターニング工程と、透光性を有する開口部分を形成するためのパターニング工程とを、レーザスクライブ法により同様の装置により実施することが可能である（特開平０４−３４８５７０号）。
ところで、薄膜太陽電池では、その製造工程の最終段階近くで、１つの光電変換セルの第１電極層と第２電極層との間に、逆バイアス電圧を印加し光電変換セル内の短絡欠陥部を除去する「逆バイアス処理」と称する方法で、太陽電池特性を向させることが一般的である（特開２０００−２７７７７５、特開２００１−０５３３０２）。
モジュール内の透光性開口部分を開口穴として形成する場合、隣り合う開口穴同士の間隔を十分短くしなければ、これら開口穴が不連続に視認され、透光性薄膜太陽電池モジュールを介して観察される背景または映像は、その輝度および解像度が不十分で、不鮮明となってしまうという問題がある。さらに、開口穴が小さ過ぎると透光性が急激に低下し、開口穴が大きすぎると外観や太陽電池出力の点で問題がある。
逆に、モジュール内の透光性開口部分を開口溝として形成する場合、第２電極層が開口溝で除去されているため、１つの光電変換セルの第２電極層が複数個に分割されているため、「逆バイアス処理」が十分に行えないという問題がある。
また、モジュール内の透光性開口部分を開口溝として形成する場合、レーザスクライブ法で透光性を有する開口穴を連続的に配列することでこの開口溝を形成するためには、レーザ光照射間隔をレーザ光照射によって形成される透光性開口穴の大きさより短くする必要があり、レーザ光の走査速度が制限される。
さらに、透光性薄膜太陽電池モジュールに対する透光性を有する開口穴の割合を増大させると、明瞭な像を得ることができるが、光電変換特性は低下してしまう。
本発明者等は上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、絶縁透光性基板の一主面上に順に積層された第１電極層、半導体層、および第２電極層を含む多層膜を含み、直列接続された複数の光電変換セルを含み、前記セル領域に、少なくとも前記第２電極層が除去された複数の透光性開口穴を含む含む透光性薄膜太陽電池モジュールであって、前記透光性開口穴の直径が３０μｍ〜３００μｍの大きさであって、複数の前記透光性開口穴が、その直径の１．０１倍から２倍の中心点間距離にて線上に配置されてなることを特徴とする透光性薄膜太陽電池モジュールとすることで、背景の不鮮明化問題が著しく減少し、かつ、逆バイアス処理が十分に実施できるので出力が高い、外観に優れた透光性薄膜太陽電池モジュールとなることを見出した。
このような透光性開口穴は、第１電極層、半導体層、および第２電極層を含む多層膜にレーザ光を照射し形成する方法において、レーザ光をＱスイッチにより間歇的に照射しながら多層膜に対して走査する方法で形成することができる。
透光性及び生産性の点からは、複数の前記透光性開口穴が、その直径の１．０１倍から１．５倍の間隔にて線上に配置されてなる透光性薄膜太陽電池モジュールとすることが好ましい。
モジュール全面に均一に高い透光性を持たせるためには、前記透光性開口穴の直径を１００μｍ〜３００μｍとすると良い。
透光性及びモジュール出力の点からは、前記セル領域に対する、前記透光性開口穴合計の、面積比率を５％〜３０％とすると良い。
モジュール外観上、前記透光性開口穴が、前記光電変換セルの直列接続方向に、好ましくは直線上に配置され、さらに好ましくは等間隔で互いに平行な直線上に配置される。
上記のような透光性薄膜太陽電池モジュールは、前記多層膜上に、高い透過率及び耐候性を有するフッ素系樹脂又はガラスを、裏面封止材料として配することにより、信頼性に優れたものとなる。
また、透光性開口穴の形成後に、逆バイアス処理することにより高変換効率の透光性薄膜太陽電池モジュールの製造が可能となる。
このような透光性開口穴は、第１電極層、半導体層、および第２電極層を含む多層膜にレーザ光を照射し形成する方法において、レーザ光をＱスイッチにより間歇的に照射しながら多層膜に対して走査する方法で形成することができる。
透光性及び生産性の点からは、複数の前記透光性開口穴が、その直径の１．０１倍から１．５倍の間隔にて線上に配置されてなる透光性薄膜太陽電池モジュールとすることが好ましい。
モジュール全面に均一に高い透光性を持たせるためには、前記透光性開口穴の直径を１００μｍ〜３００μｍとすると良い。
透光性及びモジュール出力の点からは、前記セル領域に対する、前記透光性開口穴合計の、面積比率を５％〜３０％とすると良い。
モジュール外観上、前記透光性開口穴が、前記光電変換セルの直列接続方向に、好ましくは直線上に配置され、さらに好ましくは等間隔で互いに平行な直線上に配置される。
上記のような透光性薄膜太陽電池モジュールは、前記多層膜上に、高い透過率及び耐候性を有するフッ素系樹脂又はガラスを、裏面封止材料として配することにより、信頼性に優れたものとなる。
また、透光性開口穴の形成後に、逆バイアス処理することにより高変換効率の透光性薄膜太陽電池モジュールの製造が可能となる。
図１：本発明の透光性薄膜太陽電池モジュール１を概略的に示す平面図
図２：孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を概略的に示す平面図
図３：集積型薄膜太陽電池１１を概略的に示す断面図
図２：孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を概略的に示す平面図
図３：集積型薄膜太陽電池１１を概略的に示す断面図
１ 透光性薄膜太陽電池モジュール
２ 絶縁透光性基板
３ 第１電極層
４ 半導体層
５ 第２電極層
６ 封止樹脂層
７ 裏面封止材料
８ 透光性開口穴
９ 接続領域
１０ 光電変換セル
１１ 集積型薄膜太陽電池
１２ 集積方向
１７ 透光性開口穴８が直線上に連続して配置された開口溝
１８ 孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部
２１ 第１の分離溝
２２ 第２の分離溝
２３ 接続溝
８１ 透光性開口穴８の直径
８２ 透光性開口穴８の穴中心間距離
２ 絶縁透光性基板
３ 第１電極層
４ 半導体層
５ 第２電極層
６ 封止樹脂層
７ 裏面封止材料
８ 透光性開口穴
９ 接続領域
１０ 光電変換セル
１１ 集積型薄膜太陽電池
１２ 集積方向
１７ 透光性開口穴８が直線上に連続して配置された開口溝
１８ 孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部
２１ 第１の分離溝
２２ 第２の分離溝
２３ 接続溝
８１ 透光性開口穴８の直径
８２ 透光性開口穴８の穴中心間距離
以下、本発明の実施形態について、図１、図２及び図３の図面を参照しながらより詳細に説明する。なお、本願の各図において同一の参照符号は同一部分または相当部分を示し、重複する説明は繰り返されない。
絶縁透光性基板２としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。ガラス板としては、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ及びＣａＯを主成分とする両主面が平滑なフロート板ガラスを用いることができる。
絶縁透光性基板２側から半導体層４内に光が入射する場合には、第１電極層３は、ＩＴＯ（インジュウム・錫酸化物）膜、ＳｎＯ２膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物等で構成することができる。逆に、第２電極層５側から半導体層４内に光が入射する場合には、第１電極層３は、銀膜やアルミニウム膜のような金属層で構成することができる。また、第１電極層３は多層構造であっても良い。第１電極層３は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。第１電極層３の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。第１電極層３の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、光電変換ユニットを形成する半導体層４への光の入射効率を向上させることができる。
半導体層４としては、たとえば非晶質光電変換層を含む非晶質薄膜光電変換ユニットや、結晶質光電変換層を含む結晶質薄膜光電変換ユニットを形成し得る。また、半導体層４は、非晶質薄膜光電変換ユニットと結晶質薄膜光電変換ユニットとを含むタンデム型、さらにはトリプル型としてもよい。この場合、非晶質光電変換ユニットは、たとえば第１電極層３側からｐ型シリコン系半導体層、ノンドープシリコン系非晶質光電変換層、およびｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有し得る。また、結晶質光電変換ユニットは、たとえば非晶質光電変換ユニット側からｐ型シリコン系半導体層、ノンドープシリコン系結晶質光電変換層、およびｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有し得る。これらのいずれの半導体層も、プラズマＣＶＤ法により形成され得る。
第２電極層５は電極としての機能を有するだけでなく、絶縁透光性基板２側から光を入射する場合には、半導体層４に入射し第２電極層５まで到着した光を反射して、半導体層４内に再入射させる反射層としての役割をも果たす。第２電極層５は、銀やアルミニウムなどを用いて、蒸着法やスパッタリング法などによって形成することができる。なお、第２電極層５と半導体層４との間には、たとえば両者の間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明電導性薄膜（図示せず）を挿入してもよい。また、第２電極層５側から光を入射する場合には、第２電極層５は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ２膜、またはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物等で構成することができる。
上述の透光性薄膜太陽電池モジュール１は、以下の方法により製造することができる。
最初に、絶縁透光性基板２の一主面上の全面に、第１電極層３を製膜した後、例えばＹＡＧ基本波レーザ光を照射して第１電極層３を短冊状に分割する第１の分離溝２１を形成する。
さらに、半導体層４上に第２電極層５を堆積する。この第２電極層５の堆積に伴って、接続溝２３は第２電極層と同じ金属材料で埋め込まれ、第２電極層５と第１電極層３とが電気的に接続される。次に、半導体層４と第２電極層５に対するレーザスクライブによって第２の分離溝２２を形成する。
次に、第１の分離溝２１が形成された第１電極層３にわたって半導体層４としてアモルファスシリコン及び／又は多結晶シリコンを、プラズマＣＶＤ法等でｐ型、ｉ型、ｎ型の順に１回以上積層した後、例えばＹＡＧ第２高調波レーザ光を照射して半導体層４を短冊状に分割する接続溝２３を形成する。
引き続き、接続溝２３が形成された半導体層４にわたって第２電極層５として、例えば透明電導性薄膜及び金属膜をこの順にスパッタ法等で製膜した後、例えばＹＡＧ第２高調波レーザ光を絶縁透光性基板２側から照射して第２電極層５を短冊状に分割する第２の分離溝２２を形成する。
また、例えば絶縁透光性基板２側からＹＡＧ基本波及び第２高調波レーザ光を照射しながら走査し、第１電極層３、半導体層４および第２電極層５を除去することにより、絶縁透光性基板２周囲からセル領域を分離し、セル領域の周囲からの絶縁性を確保した。
このようにして、絶縁透光性基板２の一主面上に順に積層された第１電極層３、非晶質及び／又は多結晶シリコン系半導体からなる半導体層４、第２電極層５を含む多層膜を含み、直列接続された複数の光電変換セル１０及び複数の接続領域９を含むセル領域を含む、複数の同一形状の短冊状光電変換セル１０が直列接続された集積型薄膜太陽電池１１が形成される。
最後に、前記のように形成された集積型薄膜太陽電池１１に、例えば絶縁透光性基板２側からＹＡＧ第２高調波レーザ光を照射しながら走査し、前記の裏面電極膜５の分割と同様の方法で、図１に示す複数の透光性開口穴８を形成する。
この透光性開口穴８は、図２に示すように不連続であって孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８となるように形成される、またその直径８１が３０μｍ〜５００μｍの大きさであって、さらにその中心点間距離８２がその直径８１の１．０１倍から２倍の間隔になるように形成される。該開口穴８の配列は略線上とするが、生産性等の観点から上記のように略一直線上とするのが好ましい。
透光性開口穴８の中心点間距離８２がその直径８１の２倍より大きな場合、透光性開口穴８の間に存在する不透光部分が顕著に認識される。透光性開口穴８の中心点間距離８２がその直径８１の２倍以下である場合、目視で５ｍ程度の距離から不連続な孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８は連続的な透光溝として知覚される。また、透光性開口穴８の中心点間距離８２が直径８１の１．０１倍未満である場合、透光性開口穴８間に残留した半導体層４および第２電極層５が、レーザスクライブによる熱の影響を強く受け、剥離等が発生する脆い状態になるとともに、この部分が光電変換セル１０の欠陥となり、透光性薄膜太陽電池モジュール１の出力低下の原因となる。さらに好ましくは、透光性開口穴８の中心点間距離８２は直径８１の１．５倍以下であり、この場合、目視で１ｍの距離から不連続な孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８は連続的な透光溝として知覚される。
また、透光性開口穴８の直径８１は３０μｍ〜５００μｍとする。直径８１が３０μｍ未満である場合、透光性薄膜太陽電池モジュール１に透光性を付与することが実質的にできない。また、直径８１が５００μｍを超える場合、レーザスクライブにおいて非常に大きなレーザパワー必要となり、レーザ光の出射装置および付随する光学系が非常に高価なものとなる。透光性開口穴８の直径８１が５０μｍ〜３００μｍの範囲で凡そ実質的な生産が可能となりさらに好ましい。最も好ましい透光性開口穴８の直径８１の範囲は１００μｍ〜３００μｍで、十分な透光性を有する透光性薄膜太陽電池モジュール１を、現在安価に市販されているパルスレーザスクライブ加工装置を用いて場合、最適なバランスの加工条件で製造可能である。
セル領域の面積に対する、透光性開口穴８の合計面積の、面積比率、いわゆる開口率は１％〜５０％が好ましい。開口率が１％未満の場合には、透光性薄膜太陽電池モジュール１の透光性が不十分である。また、開口率が５０％を超える場合には、透光性薄膜太陽電池モジュール１の出力が不十分である。開口率の好ましい範囲は５〜３０％である。開口率が５％以上であれば、晴天時に直射日光をカットしつつ屋内に十分な採光が可能であり、また、開口率が３０％以下であれば、十分に透光性薄膜太陽電池モジュール１の出力が確保できる。最も好ましい開口率の範囲は１０％〜２０％であり、開口率が１０％以上であれば、透光性薄膜太陽電池モジュール１を透光型スクリーンとして使用しても十分な輝度と解像度の画像を得ることができ、また、開口率が２０％以下の割合であれば、透光性薄膜太陽電池モジュール１を一般の太陽電池モジュールとして扱っても出力的に遜色がなくなる。
上述した開口率と関係して、孤立した透光性開口穴８が線上に配置された開口部１８の隣接する開口部１８同士の間隔は、透光性薄膜太陽電池モジュールを介して観察される背景または映像が、その輝度および解像度が十分に鮮明となるよう０．５ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、生産性の観点を加味すると０．８ｍｍ〜１．５ｍｍが特に好ましい。
また、集積型薄膜太陽電池１１に透光性開口穴８を形成させるためのレーザスクライブは、同時に複数のレーザ光を多層膜が積層された絶縁透光性基板２のそれぞれ異なる部分に照射することにより実施することができる。１つのレーザ光を走査して透光性開口穴８を絶縁透光性基板２の全面に形成する場合には、レーザ光の走査時間が著しく長くなり実質的に生産が困難となる。
次に、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を集積型薄膜太陽電池１１に形成した後、互いに隣接する光電変換セル１０の第２電極層５の間に逆バイアス電圧を印加することによって、光電変換セル１０中の短絡欠陥部を除去する逆バイアス処理を行った。
具体的な逆バイアス処理の条件としては、最初のステップで前記電圧が０〜２Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可し流れる電流のピーク値が０．０５Ａ未満の場合には処理終了とし、０．０５Ａ以上の場合は次のステップの電圧を印可した。２番目のステップでは前記電圧が０〜４Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可し流れる電流のピーク値が０．０５Ａ未満の場合には処理終了とし、０．０５Ａ以上の場合は次のステップの電圧を印可した。３番目のステップでは前記電圧が０〜６Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可し流れる電流のピーク値が０．１Ａ未満の場合には処理終了とし、０．１Ａ以上の場合は次のステップの電圧を印可した。４番目のステップでは前記電圧が０〜８Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可した。
最後に、電力取り出し用の電極を両端の光電変換セル１０付近に配し、透光性樹脂の封止樹脂層６と、色彩のない透光性の裏面封止材料７とを、第２電極層５上に順に重ね合わせた状態で真空ラミネーション装置を用い加熱真空封止を行なった。ここで、絶縁透光性基板２側から入射した太陽光の一部が透光性開口穴８を介して透光性薄膜太陽電池モジュール１の裏面封止材料７側に透過するように、また透光性薄膜太陽電池モジュール１の耐候性を十分なものとするために、封止樹脂層６としてはＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）等が、裏面封止材料７としてはガラス、弗素系樹脂フィルム等の、色彩のない材料を用いると良い。このようにして作製した透光性薄膜太陽電池モジュール１の太陽電池性能を測定した。
絶縁透光性基板２としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。ガラス板としては、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ及びＣａＯを主成分とする両主面が平滑なフロート板ガラスを用いることができる。
絶縁透光性基板２側から半導体層４内に光が入射する場合には、第１電極層３は、ＩＴＯ（インジュウム・錫酸化物）膜、ＳｎＯ２膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物等で構成することができる。逆に、第２電極層５側から半導体層４内に光が入射する場合には、第１電極層３は、銀膜やアルミニウム膜のような金属層で構成することができる。また、第１電極層３は多層構造であっても良い。第１電極層３は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。第１電極層３の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。第１電極層３の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、光電変換ユニットを形成する半導体層４への光の入射効率を向上させることができる。
半導体層４としては、たとえば非晶質光電変換層を含む非晶質薄膜光電変換ユニットや、結晶質光電変換層を含む結晶質薄膜光電変換ユニットを形成し得る。また、半導体層４は、非晶質薄膜光電変換ユニットと結晶質薄膜光電変換ユニットとを含むタンデム型、さらにはトリプル型としてもよい。この場合、非晶質光電変換ユニットは、たとえば第１電極層３側からｐ型シリコン系半導体層、ノンドープシリコン系非晶質光電変換層、およびｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有し得る。また、結晶質光電変換ユニットは、たとえば非晶質光電変換ユニット側からｐ型シリコン系半導体層、ノンドープシリコン系結晶質光電変換層、およびｎ型シリコン系半導体層を順次積層した構造を有し得る。これらのいずれの半導体層も、プラズマＣＶＤ法により形成され得る。
第２電極層５は電極としての機能を有するだけでなく、絶縁透光性基板２側から光を入射する場合には、半導体層４に入射し第２電極層５まで到着した光を反射して、半導体層４内に再入射させる反射層としての役割をも果たす。第２電極層５は、銀やアルミニウムなどを用いて、蒸着法やスパッタリング法などによって形成することができる。なお、第２電極層５と半導体層４との間には、たとえば両者の間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明電導性薄膜（図示せず）を挿入してもよい。また、第２電極層５側から光を入射する場合には、第２電極層５は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ２膜、またはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物等で構成することができる。
上述の透光性薄膜太陽電池モジュール１は、以下の方法により製造することができる。
最初に、絶縁透光性基板２の一主面上の全面に、第１電極層３を製膜した後、例えばＹＡＧ基本波レーザ光を照射して第１電極層３を短冊状に分割する第１の分離溝２１を形成する。
さらに、半導体層４上に第２電極層５を堆積する。この第２電極層５の堆積に伴って、接続溝２３は第２電極層と同じ金属材料で埋め込まれ、第２電極層５と第１電極層３とが電気的に接続される。次に、半導体層４と第２電極層５に対するレーザスクライブによって第２の分離溝２２を形成する。
次に、第１の分離溝２１が形成された第１電極層３にわたって半導体層４としてアモルファスシリコン及び／又は多結晶シリコンを、プラズマＣＶＤ法等でｐ型、ｉ型、ｎ型の順に１回以上積層した後、例えばＹＡＧ第２高調波レーザ光を照射して半導体層４を短冊状に分割する接続溝２３を形成する。
引き続き、接続溝２３が形成された半導体層４にわたって第２電極層５として、例えば透明電導性薄膜及び金属膜をこの順にスパッタ法等で製膜した後、例えばＹＡＧ第２高調波レーザ光を絶縁透光性基板２側から照射して第２電極層５を短冊状に分割する第２の分離溝２２を形成する。
また、例えば絶縁透光性基板２側からＹＡＧ基本波及び第２高調波レーザ光を照射しながら走査し、第１電極層３、半導体層４および第２電極層５を除去することにより、絶縁透光性基板２周囲からセル領域を分離し、セル領域の周囲からの絶縁性を確保した。
このようにして、絶縁透光性基板２の一主面上に順に積層された第１電極層３、非晶質及び／又は多結晶シリコン系半導体からなる半導体層４、第２電極層５を含む多層膜を含み、直列接続された複数の光電変換セル１０及び複数の接続領域９を含むセル領域を含む、複数の同一形状の短冊状光電変換セル１０が直列接続された集積型薄膜太陽電池１１が形成される。
最後に、前記のように形成された集積型薄膜太陽電池１１に、例えば絶縁透光性基板２側からＹＡＧ第２高調波レーザ光を照射しながら走査し、前記の裏面電極膜５の分割と同様の方法で、図１に示す複数の透光性開口穴８を形成する。
この透光性開口穴８は、図２に示すように不連続であって孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８となるように形成される、またその直径８１が３０μｍ〜５００μｍの大きさであって、さらにその中心点間距離８２がその直径８１の１．０１倍から２倍の間隔になるように形成される。該開口穴８の配列は略線上とするが、生産性等の観点から上記のように略一直線上とするのが好ましい。
透光性開口穴８の中心点間距離８２がその直径８１の２倍より大きな場合、透光性開口穴８の間に存在する不透光部分が顕著に認識される。透光性開口穴８の中心点間距離８２がその直径８１の２倍以下である場合、目視で５ｍ程度の距離から不連続な孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８は連続的な透光溝として知覚される。また、透光性開口穴８の中心点間距離８２が直径８１の１．０１倍未満である場合、透光性開口穴８間に残留した半導体層４および第２電極層５が、レーザスクライブによる熱の影響を強く受け、剥離等が発生する脆い状態になるとともに、この部分が光電変換セル１０の欠陥となり、透光性薄膜太陽電池モジュール１の出力低下の原因となる。さらに好ましくは、透光性開口穴８の中心点間距離８２は直径８１の１．５倍以下であり、この場合、目視で１ｍの距離から不連続な孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８は連続的な透光溝として知覚される。
また、透光性開口穴８の直径８１は３０μｍ〜５００μｍとする。直径８１が３０μｍ未満である場合、透光性薄膜太陽電池モジュール１に透光性を付与することが実質的にできない。また、直径８１が５００μｍを超える場合、レーザスクライブにおいて非常に大きなレーザパワー必要となり、レーザ光の出射装置および付随する光学系が非常に高価なものとなる。透光性開口穴８の直径８１が５０μｍ〜３００μｍの範囲で凡そ実質的な生産が可能となりさらに好ましい。最も好ましい透光性開口穴８の直径８１の範囲は１００μｍ〜３００μｍで、十分な透光性を有する透光性薄膜太陽電池モジュール１を、現在安価に市販されているパルスレーザスクライブ加工装置を用いて場合、最適なバランスの加工条件で製造可能である。
セル領域の面積に対する、透光性開口穴８の合計面積の、面積比率、いわゆる開口率は１％〜５０％が好ましい。開口率が１％未満の場合には、透光性薄膜太陽電池モジュール１の透光性が不十分である。また、開口率が５０％を超える場合には、透光性薄膜太陽電池モジュール１の出力が不十分である。開口率の好ましい範囲は５〜３０％である。開口率が５％以上であれば、晴天時に直射日光をカットしつつ屋内に十分な採光が可能であり、また、開口率が３０％以下であれば、十分に透光性薄膜太陽電池モジュール１の出力が確保できる。最も好ましい開口率の範囲は１０％〜２０％であり、開口率が１０％以上であれば、透光性薄膜太陽電池モジュール１を透光型スクリーンとして使用しても十分な輝度と解像度の画像を得ることができ、また、開口率が２０％以下の割合であれば、透光性薄膜太陽電池モジュール１を一般の太陽電池モジュールとして扱っても出力的に遜色がなくなる。
上述した開口率と関係して、孤立した透光性開口穴８が線上に配置された開口部１８の隣接する開口部１８同士の間隔は、透光性薄膜太陽電池モジュールを介して観察される背景または映像が、その輝度および解像度が十分に鮮明となるよう０．５ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、生産性の観点を加味すると０．８ｍｍ〜１．５ｍｍが特に好ましい。
また、集積型薄膜太陽電池１１に透光性開口穴８を形成させるためのレーザスクライブは、同時に複数のレーザ光を多層膜が積層された絶縁透光性基板２のそれぞれ異なる部分に照射することにより実施することができる。１つのレーザ光を走査して透光性開口穴８を絶縁透光性基板２の全面に形成する場合には、レーザ光の走査時間が著しく長くなり実質的に生産が困難となる。
次に、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を集積型薄膜太陽電池１１に形成した後、互いに隣接する光電変換セル１０の第２電極層５の間に逆バイアス電圧を印加することによって、光電変換セル１０中の短絡欠陥部を除去する逆バイアス処理を行った。
具体的な逆バイアス処理の条件としては、最初のステップで前記電圧が０〜２Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可し流れる電流のピーク値が０．０５Ａ未満の場合には処理終了とし、０．０５Ａ以上の場合は次のステップの電圧を印可した。２番目のステップでは前記電圧が０〜４Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可し流れる電流のピーク値が０．０５Ａ未満の場合には処理終了とし、０．０５Ａ以上の場合は次のステップの電圧を印可した。３番目のステップでは前記電圧が０〜６Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可し流れる電流のピーク値が０．１Ａ未満の場合には処理終了とし、０．１Ａ以上の場合は次のステップの電圧を印可した。４番目のステップでは前記電圧が０〜８Ｖの範囲の６０Ｈｚ正弦波を０．１秒間印可した。
最後に、電力取り出し用の電極を両端の光電変換セル１０付近に配し、透光性樹脂の封止樹脂層６と、色彩のない透光性の裏面封止材料７とを、第２電極層５上に順に重ね合わせた状態で真空ラミネーション装置を用い加熱真空封止を行なった。ここで、絶縁透光性基板２側から入射した太陽光の一部が透光性開口穴８を介して透光性薄膜太陽電池モジュール１の裏面封止材料７側に透過するように、また透光性薄膜太陽電池モジュール１の耐候性を十分なものとするために、封止樹脂層６としてはＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）等が、裏面封止材料７としてはガラス、弗素系樹脂フィルム等の、色彩のない材料を用いると良い。このようにして作製した透光性薄膜太陽電池モジュール１の太陽電池性能を測定した。
以下、本発明を比較例とともにいくつかの実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。
上述した実施の形態に従い、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８が配置された透光性薄膜太陽電池モジュール１を作製した。
まず、９１０ｍｍ×９１０ｍｍの面積と５ｍｍの厚さを有するガラス基板２上に、透明導電膜３として、熱ＣＶＤ法による厚さ約７００ｎｍのＳｎＯ２膜を製膜した。このＳｎＯ２膜３に対して、ＳｎＯ２膜３側からＹＡＧ基本波レーザ光ビームを照射することにより、第１の分離溝２１をパターンニング加工形成した。第１の分離溝２１の溝幅は６０μｍとし、溝と溝との間隔を８．８８ｍｍとした。次に、加工により生じた微粉などを洗浄除去した後、ガラス基板２をプラズマＣＶＤ製膜装置に搬入し、厚さ約３００ｎｍのアモルファスシリコンからなる光電変換膜を半導体層４として製膜した。ＣＶＤ装置からガラス基板２を搬出した後、半導体層４にガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して接続溝２３を形成した。接続溝２３の溝幅は８０μｍとし、隣接する接続溝２３と第１の分離溝２１との中心線間距離を１７０μｍとした。
次に、第２電極層５として、厚さ約８０ｎｍのＺｎＯ膜と厚さ約３００ｎｍのＡｇ膜をこの順でスパッタ法で半導体層４上に製膜した。さらに、第２電極層５にガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して短冊状に分割し第２の分離溝２２を形成した。第２の分離溝２２の溝幅は８０μｍとし、隣接する第２の分離溝２２と接続溝２３との中心線間距離を１７０μｍとした。セル領域と接続領域９とをガラス基板２周囲から絶縁するために、ガラス基板２の周辺に沿ってＹＡＧレーザ光を照射して、ＳｎＯ２膜３、アモルファスシリコン光電変換膜４、及び第２電極層５を除去した。以上のようにして、８９２ｍｍの長さの光電変換セル１０が１００個直列接続した集積型薄膜太陽電池１１を得た。
次に、ガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して、集積方向１２に平行で８８８ｍｍの長さの孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を、１ｍｍ間隔で８９１本集積型薄膜太陽電池１１上に配置した。
さらに、電力取り出し用の電極として半田メッキ銅箔を複数の点状に予めガラス基板２上に形成した非鉛半田を介して光電変換セル１０付近に配することで、ガラス基板２に一対の電極を設けた。この後、隣り合う光電変換セル１０の第２電極層５の間に電圧を印加して逆バイアス処理を行った。
最後に、ＥＶＡ６と、厚み３ｍｍｔのガラス板７とを、第２電極層５上に順に重ね合わせた状態で真空ラミネーション装置を用い加熱真空封止を行なった。
作製した透光性薄膜太陽電池モジュール１について、光源としてキセノンランプおよびハロゲンランプを用い、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２）のスペクトル及び光量の光を照射し、２５℃で光電変換特性を測定した。
上述した実施の形態に従い、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８が配置された透光性薄膜太陽電池モジュール１を作製した。
まず、９１０ｍｍ×９１０ｍｍの面積と５ｍｍの厚さを有するガラス基板２上に、透明導電膜３として、熱ＣＶＤ法による厚さ約７００ｎｍのＳｎＯ２膜を製膜した。このＳｎＯ２膜３に対して、ＳｎＯ２膜３側からＹＡＧ基本波レーザ光ビームを照射することにより、第１の分離溝２１をパターンニング加工形成した。第１の分離溝２１の溝幅は６０μｍとし、溝と溝との間隔を８．８８ｍｍとした。次に、加工により生じた微粉などを洗浄除去した後、ガラス基板２をプラズマＣＶＤ製膜装置に搬入し、厚さ約３００ｎｍのアモルファスシリコンからなる光電変換膜を半導体層４として製膜した。ＣＶＤ装置からガラス基板２を搬出した後、半導体層４にガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して接続溝２３を形成した。接続溝２３の溝幅は８０μｍとし、隣接する接続溝２３と第１の分離溝２１との中心線間距離を１７０μｍとした。
次に、第２電極層５として、厚さ約８０ｎｍのＺｎＯ膜と厚さ約３００ｎｍのＡｇ膜をこの順でスパッタ法で半導体層４上に製膜した。さらに、第２電極層５にガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して短冊状に分割し第２の分離溝２２を形成した。第２の分離溝２２の溝幅は８０μｍとし、隣接する第２の分離溝２２と接続溝２３との中心線間距離を１７０μｍとした。セル領域と接続領域９とをガラス基板２周囲から絶縁するために、ガラス基板２の周辺に沿ってＹＡＧレーザ光を照射して、ＳｎＯ２膜３、アモルファスシリコン光電変換膜４、及び第２電極層５を除去した。以上のようにして、８９２ｍｍの長さの光電変換セル１０が１００個直列接続した集積型薄膜太陽電池１１を得た。
次に、ガラス基板２側からＹＡＧ第二高調波レーザ光を照射して、集積方向１２に平行で８８８ｍｍの長さの孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を、１ｍｍ間隔で８９１本集積型薄膜太陽電池１１上に配置した。
さらに、電力取り出し用の電極として半田メッキ銅箔を複数の点状に予めガラス基板２上に形成した非鉛半田を介して光電変換セル１０付近に配することで、ガラス基板２に一対の電極を設けた。この後、隣り合う光電変換セル１０の第２電極層５の間に電圧を印加して逆バイアス処理を行った。
最後に、ＥＶＡ６と、厚み３ｍｍｔのガラス板７とを、第２電極層５上に順に重ね合わせた状態で真空ラミネーション装置を用い加熱真空封止を行なった。
作製した透光性薄膜太陽電池モジュール１について、光源としてキセノンランプおよびハロゲンランプを用い、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２）のスペクトル及び光量の光を照射し、２５℃で光電変換特性を測定した。
実施例１では、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の形成を、集積型薄膜太陽電池１１にガラス基板２側から、Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚ、加工点パワー０．３０Ｗ、走査速度２００ｍｍ／ｓの条件のレーザ光を照射することにより行った。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で１７０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は２００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で３０μｍであった。その結果、開口率が１１．３％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８８．８Ｖ、短絡電流１．００８Ａ、フィルファクタ０．６０９、最大出力５４．５Ｗであった。
実施例１の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像は３０ｃｍの位置から連続的に観察され、解像性および輝度とも十分であった。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で１７０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は２００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で３０μｍであった。その結果、開口率が１１．３％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８８．８Ｖ、短絡電流１．００８Ａ、フィルファクタ０．６０９、最大出力５４．５Ｗであった。
実施例１の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像は３０ｃｍの位置から連続的に観察され、解像性および輝度とも十分であった。
実施例２では、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の形成を、集積型薄膜太陽電池１１にガラス基板２側から、Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚ、加工点パワー０．３０Ｗ、走査速度３００ｍｍ／ｓの条件のレーザ光を照射することにより行った。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で１７０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は３００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で１３０μｍであった。その結果、開口率７．５％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８９．８Ｖ、短絡電流１．０５０Ａ、フィルファクタ０．６１２、最大出力５７．７Ｗであった。
実施例２の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像は５ｍの位置から連続的に観察され、解像性および輝度とも十分であった。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で１７０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は３００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で１３０μｍであった。その結果、開口率７．５％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８９．８Ｖ、短絡電流１．０５０Ａ、フィルファクタ０．６１２、最大出力５７．７Ｗであった。
実施例２の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像は５ｍの位置から連続的に観察され、解像性および輝度とも十分であった。
実施例３では、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の形成を、集積型薄膜太陽電池１１にガラス基板２側から、Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚ、加工点パワー０．１０Ｗ、走査速度１００ｍｍ／ｓの条件のレーザ光を照射することにより行った。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で８０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は１００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で２０μｍであった。その結果、開口率５．０％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８９．５Ｖ、短絡電流１．０６２Ａ、フィルファクタ０．６２３、最大出力５９．２Ｗであった。
実施例３の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像は３０ｃｍの位置から連続的に観察され、解像性および輝度とも十分であった。
（比較例１）
比較例１では、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の形成を、集積型薄膜太陽電池１１にガラス基板２側から、Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚ、加工点パワー０．３０Ｗ、走査速度４００ｍｍ／ｓの条件のレーザ光を照射することにより行った。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で１７０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は４００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で２３０μｍであった。その結果、開口率が５．７％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８９．２Ｖ、短絡電流１．０７２Ａ、フィルファクタ０．６２１、最大出力５９．４Ｗであった。
比較例１の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像ともに５ｍの位置からでも不連続的に観察された。
（比較例２）
比較例２では、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の形成の代わりに、透光性開口穴８が直線上に連続して配置された開口溝１７の形成を行った。具体的には、透光性開口穴８が直線上に連続して配置された開口溝１７の形成を、集積型薄膜太陽電池１１にガラス基板２側から、Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚ、加工点パワー０．３０Ｗ、走査速度１００ｍｍ／ｓの条件のレーザ光を照射することにより行った。これにより、透光性を有する開口溝１７が１ｍｍ間隔で８９１個配置された。
また、比較例２では逆バイアス処理を透光性開口穴８の形成前に行った。
得られた開口溝１７の幅は平均で１７０μｍであり、その結果、開口率が１７％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８７．９Ｖ、短絡電流０．９７５Ａ、フィルファクタ０．５９０、最大出力５０．６Ｗであった。
以上のように、透光性薄膜太陽電池モジュール１に透光性の機能を付与する形態としては、実施例１、２、および３で示したように、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を透光性薄膜太陽電池モジュール１に設けたものが優れた形態であり、比較例１に示したように、透光性開口穴８の中心点間距離すなわち間隔が、透光性開口穴の直径の２倍より大きくなると、透光性薄膜太陽電池モジュール１の透光性開口穴８が不連続に観察され、透光性薄膜太陽電池モジュール１通して得られる背景やプロジェクターを用いた投影した透過画像の外観が不鮮明となる。
また、比較例２のように透光性開口穴８を連続的に配置し開口溝１７とした形態よりも、レーザ光１２の走査速度を増大することが可能である。例えば、比較例２ではレーザ光１２の走査速度を１００ｍｍ／ｓとしたが、実施例１では２００ｍｍ／ｓで、２倍の走査速度となっている。また、それに伴う開口率の変化は１７％から１１．３％と、３３％程度の低下に留まっている。すなわち、例えば、実施例１の改良された形態として、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の透光性薄膜太陽電池モジュール１における個数を増やし、比較例と同じ開口率を得られる設定にしても、十分な生産性が期待できる。
さらに、比較例２においては、透光性開口穴８が一直線上に連続して配置された開口溝１７を配置した集積型薄膜太陽電池２１であるため、第２電極層４が分割されているため、逆バイアス電圧の印加によって光電変換セル１０中の短絡欠陥部を十分に回復できず、想定されるパワー特性を十分に発揮できていないが、実施例１、２及び３においては、逆バイアス処理が透光性開口穴８形成後に可能であり、比較例と比較して、開放電流およびフィルファクタが大きく、結果として大きな電変換効率が得られている。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で８０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は１００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で２０μｍであった。その結果、開口率５．０％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８９．５Ｖ、短絡電流１．０６２Ａ、フィルファクタ０．６２３、最大出力５９．２Ｗであった。
実施例３の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像は３０ｃｍの位置から連続的に観察され、解像性および輝度とも十分であった。
（比較例１）
比較例１では、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の形成を、集積型薄膜太陽電池１１にガラス基板２側から、Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚ、加工点パワー０．３０Ｗ、走査速度４００ｍｍ／ｓの条件のレーザ光を照射することにより行った。
得られた透光性開口穴８の直径８１は平均で１７０μｍであり、透光性開口穴８の中心点間距離８２は４００μｍ、その間に存在する非加工の不透明部分の長さは平均で２３０μｍであった。その結果、開口率が５．７％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８９．２Ｖ、短絡電流１．０７２Ａ、フィルファクタ０．６２１、最大出力５９．４Ｗであった。
比較例１の透光性薄膜太陽電池モジュール１に対して、市販の室内型プロジェクターを用いて、２ｍの距離から映像を投影したところ、透光投影画像ともに５ｍの位置からでも不連続的に観察された。
（比較例２）
比較例２では、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の形成の代わりに、透光性開口穴８が直線上に連続して配置された開口溝１７の形成を行った。具体的には、透光性開口穴８が直線上に連続して配置された開口溝１７の形成を、集積型薄膜太陽電池１１にガラス基板２側から、Ｑスイッチ周波数１ｋＨｚ、加工点パワー０．３０Ｗ、走査速度１００ｍｍ／ｓの条件のレーザ光を照射することにより行った。これにより、透光性を有する開口溝１７が１ｍｍ間隔で８９１個配置された。
また、比較例２では逆バイアス処理を透光性開口穴８の形成前に行った。
得られた開口溝１７の幅は平均で１７０μｍであり、その結果、開口率が１７％の透光性薄膜太陽電池モジュール１が得られ、その光電変換特性は各々、開放電圧８７．９Ｖ、短絡電流０．９７５Ａ、フィルファクタ０．５９０、最大出力５０．６Ｗであった。
以上のように、透光性薄膜太陽電池モジュール１に透光性の機能を付与する形態としては、実施例１、２、および３で示したように、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８を透光性薄膜太陽電池モジュール１に設けたものが優れた形態であり、比較例１に示したように、透光性開口穴８の中心点間距離すなわち間隔が、透光性開口穴の直径の２倍より大きくなると、透光性薄膜太陽電池モジュール１の透光性開口穴８が不連続に観察され、透光性薄膜太陽電池モジュール１通して得られる背景やプロジェクターを用いた投影した透過画像の外観が不鮮明となる。
また、比較例２のように透光性開口穴８を連続的に配置し開口溝１７とした形態よりも、レーザ光１２の走査速度を増大することが可能である。例えば、比較例２ではレーザ光１２の走査速度を１００ｍｍ／ｓとしたが、実施例１では２００ｍｍ／ｓで、２倍の走査速度となっている。また、それに伴う開口率の変化は１７％から１１．３％と、３３％程度の低下に留まっている。すなわち、例えば、実施例１の改良された形態として、孤立した透光性開口穴８が直線上に配置された開口部１８の透光性薄膜太陽電池モジュール１における個数を増やし、比較例と同じ開口率を得られる設定にしても、十分な生産性が期待できる。
さらに、比較例２においては、透光性開口穴８が一直線上に連続して配置された開口溝１７を配置した集積型薄膜太陽電池２１であるため、第２電極層４が分割されているため、逆バイアス電圧の印加によって光電変換セル１０中の短絡欠陥部を十分に回復できず、想定されるパワー特性を十分に発揮できていないが、実施例１、２及び３においては、逆バイアス処理が透光性開口穴８形成後に可能であり、比較例と比較して、開放電流およびフィルファクタが大きく、結果として大きな電変換効率が得られている。
以上のように、本発明によれば、高出力、高透光性で外観に優れた透光性薄膜太陽電池モジュールを提供することができ、また生産性よく製造することができる。
Claims (9)
- 絶縁透光性基板の一主面上に順に積層された第１電極層、半導体層、および第２電極層を含む多層膜を含み、直列接続された複数の光電変換セルを含むセル領域を含み、前記セル領域に、少なくとも前記第２電極層が除去された複数の透光性開口穴を含む透光性薄膜太陽電池モジュールであって、前記透光性開口穴の直径が３０μｍ〜５００μｍの大きさであり、且つ 複数の前記透光性開口穴が、その直径の１．０１倍から２倍の中心点間距離にて線上に配置されてなることを特徴とする透光性薄膜太陽電池モジュール。
- 複数の前記透光性開口穴が、その直径の１．０１倍から１．５倍の間隔にて直線上に配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の透光性薄膜太陽電池モジュール。
- 透光性開口穴の直径が、１００μｍ〜３００μｍの大きさであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の透光性薄膜太陽電池モジュール。
- セル領域に対する、前記透光性開口穴合計の、面積比率が５％〜３０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の透光性薄膜太陽電池モジュール。
- 透光性開口穴が、前記光電変換セルの直列接続方向と平行な線上に配置されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透光性薄膜太陽電池モジュール。
- 透光性開口穴が、等間隔で互いに平行な直線上に配置されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透光性薄膜太陽電池モジュール
- 裏面封止材料が、フッ素系樹脂またはガラスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透光性薄膜太陽電池モジュール。
- 請求項１記載の透光性薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、透光性開口穴がレーザ光を前記多層膜に照射することにより形成され、隣接する直線上の透光性開口穴中心間隔が、絶縁透光性基板とレーザ光との相対走査速度とレーザ光のＱスイッチ周波数とにより決定されることを特徴とする透光性薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
- 請求項１記載の透光性薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記透光性開口穴の形成後に、逆バイアス処理することを特徴とする透光性薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
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