WO2010001729A1 - 太陽光発電装置の補修方法と太陽光発電装置 - Google Patents

太陽光発電装置の補修方法と太陽光発電装置 Download PDF

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林　敬司
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シャープ株式会社
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for repairing a solar power generation device and a solar power generation device.
  • thin film solar cells have attracted attention.
  • this thin film solar cell include a silicon thin film solar cell made of a silicon thin film, a CIS, CIGS compound thin film solar cell, and the like, and its development and production expansion are being promoted.
  • These thin-film solar cells are formed by laminating a semiconductor film and an electrode film on a substrate by plasma CVD, sputtering, vacuum deposition, printing, or the like.
  • a leakage current path between the electrodes due to pinholes in the semiconductor layer is likely to occur, and the photovoltaic characteristics are deteriorated.
  • a method of applying a reverse bias voltage between the electrodes of the solar cell and removing these leakage current paths (hereinafter referred to as leakage defects) is known (for example, Patent Document 1).
  • a method for removing such a leak defect by an electrochemical method is also known (see, for example, Patent Document 2).
  • a leak defect is likely to occur in the photoelectric conversion element, and thus a process for repairing the leak defect is performed.
  • a photovoltaic power generation apparatus in which a leakage current (hereinafter referred to as a leakage current) flows through a photoelectric conversion element having a leakage defect is manufactured.
  • a leakage current hereinafter referred to as a leakage current
  • the photoelectric conversion elements are used in series, a leakage current path is formed between the elements due to defects during processing of the laminated film and the electrode film, which may deteriorate the photovoltaic characteristics.
  • a leakage resistance a leakage resistance due to a leakage defect
  • heat is generated.
  • thermal and mechanical damage is applied to the components of the photovoltaic power generation device such as the laminated film of the photoelectric conversion element, and problems relating to the reliability of the photovoltaic power generation device such as characteristic deterioration and film peeling occur. There is a problem.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and by short-circuiting between electrodes of a photoelectric conversion element having a leak defect, it is possible to suppress power consumption and heat generation caused by the leak resistance.
  • a repair method for a solar power generation device and a solar power generation device are provided.
  • the present invention relates to a photovoltaic power generation apparatus including a plurality of photoelectric conversion elements connected in series, a sorting step of sorting out photoelectric conversion elements having a leak defect, and between the front and back electrodes of the sorted photoelectric conversion elements, or sorted photoelectrics.
  • the repair method of a solar power generation device provided with the short circuit process of short-circuiting between the back surface electrodes of a conversion element and the back surface electrode of an adjacent photoelectric conversion element is provided.
  • a photovoltaic power generation apparatus including a plurality of photoelectric conversion elements connected in series
  • the photoelectric conversion element having a leak defect is provided, and the front electrode and the back surface of the photoelectric conversion element having a leak defect
  • a solar power generation device in which a back electrode of a photoelectric conversion element having a leak defect or a back electrode of an adjacent photoelectric conversion element is short-circuited.
  • this invention is a photovoltaic power generation apparatus provided with the several photoelectric conversion element connected in series from another viewpoint, Between the surface electrode of a 1st photoelectric conversion element, and a back surface electrode, or 1st photoelectric conversion element A solar power generation device provided with a short circuit part which short-circuits between back electrodes of a back electrode and the 2nd photoelectric conversion element which adjoins is provided.
  • the front and back electrodes of the photoelectric conversion element having a leak defect are short-circuited directly or equivalently in the photovoltaic power generation apparatus, so that the leak current due to the leak defect is bypassed by the short-circuit path. Therefore, it is possible to eliminate power consumption and heat generated by the leak resistance, and it is possible to improve the reliability of the photovoltaic power generation apparatus.
  • a repair method for a photovoltaic power generation apparatus is a photovoltaic power generation apparatus including a plurality of photoelectric conversion elements connected in series.
  • a sorting process for sorting out photoelectric conversion elements having a leak defect, and a surface of the sorted photoelectric conversion elements And a short-circuiting step of short-circuiting between the back electrodes of the selected photoelectric conversion elements and between the back electrodes of the adjacent photoelectric conversion elements.
  • the leakage defect means a leakage current path formed between the electrodes by a pinhole, a foreign material or the like.
  • the sorting step may include a measuring step for measuring the leakage resistance of the photoelectric conversion element, and sorting may be performed based on the measured value.
  • Leakage resistance means the electrical resistance of the leakage current path.
  • you may further provide the preliminary repair process which repairs a leak defect beforehand before a selection process.
  • the preliminary repair process includes a method of eliminating a leak defect portion by applying a reverse bias voltage between the electrodes.
  • the number of photoelectric conversion elements to be selected is preferably 10% or less of the total number of photoelectric conversion elements constituting the solar power generation device.
  • sorting may be performed when the power consumption of the leak resistance due to the leak defect is larger than the generated power of the photoelectric conversion element. Further, in the sorting step, sorting may be performed based on whether or not there is heat generation such that the constituent members of the photovoltaic power generator are thermally and mechanically damaged by the power consumption of the leak resistance due to the leak defect.
  • the short-circuiting step may be short-circuited using at least one of mechanical, physical, and chemical means.
  • the solar power generation device of the present invention is a solar power generation device including a plurality of photoelectric conversion elements connected in series, includes a photoelectric conversion element having a leak defect, and a front electrode and a back surface of the photoelectric conversion element having a leak defect It is characterized in that the back electrode of a photoelectric conversion element having a leak defect between the electrodes and the back electrode of an adjacent photoelectric conversion element are short-circuited. Furthermore, the solar power generation device of the present invention is a solar power generation device including a plurality of photoelectric conversion elements connected in series, and between the front and back electrodes of the first photoelectric conversion element or the first photoelectric conversion element. It has a short-circuit portion for short-circuiting between the back electrode and the back electrode of the adjacent second photoelectric conversion element.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a plurality of photoelectric conversion elements connected in series
  • FIG. 6 shows an equivalent circuit thereof
  • FIG. 7 shows an equivalent circuit of a photovoltaic power generation apparatus in which a plurality of photoelectric conversion elements connected in series are connected in parallel in a plurality of columns.
  • photoelectric conversion elements 603a to 603f are formed on a transparent insulating substrate 606 such as glass, surface electrodes 607a to 607f made of a transparent conductive film such as SnO 2 , and semiconductor layers 608a to 608f including photoelectric conversion layers.
  • the back electrodes 604a to 604f made of metal or a transparent conductive film are laminated.
  • a leak defect may occur due to a defect in the semiconductor layer or a defect formed when the semiconductor layer and the electrode are processed.
  • the photoelectric conversion element 603c in FIG. 5 shows a state where the back electrode 604c and the front electrode 607c are electrically connected by the conductive foreign matter 609 and a leak defect is generated.
  • a reverse bias process is performed in which a reverse bias is applied between the electrodes 604c and 607c of the photoelectric conversion element 603c and an overcurrent is caused to flow in the short-circuit portion to remove the leak defect.
  • the vicinity of the leak defect generates heat due to the power consumed by the leak resistance due to the leak defect. Due to the heat generation, constituent members of the photovoltaic power generation device such as a semiconductor film are thermally and mechanically damaged, and reliability problems such as peeling of the photoelectric conversion film occur.
  • the photovoltaic power generation apparatus from the viewpoint of the characteristics of the photovoltaic power generation apparatus, it is preferable to first sufficiently perform a preliminary defect repairing process such as reverse bias processing. Then, a short circuit process is performed about the photoelectric conversion element with which the leak defect remains. In this case, it is preferable that an allowable value is provided for the leak resistance so that a photoelectric conversion element that does not satisfy the standard is short-circuited.
  • Adjacent backside electrodes are short-circuited for photoelectric conversion elements having leak resistance values in a range that affects the reliability of the photovoltaic power generation apparatus. That is, a short circuit portion is formed between the back electrodes.
  • a method that can be short-circuited with a material having a smaller leak resistance such as a connection using silver paste or a metal film, or a wire bond such as Au or Ag is preferable.
  • a method of forming the short-circuit portion mechanical means as shown in FIG. 8, physical means as shown in FIG. 9, and chemical means as shown in FIG. 10 are preferably used. Can do.
  • the short circuit portion 101 is formed between the photoelectric conversion element 608c where the leak defect 609 remains and the back electrode of the adjacent photoelectric conversion element 608d.
  • the short-circuit portion is formed by a means such as attaching a conductive tape, applying a conductive paste, or forming a conductive film by inkjet, and the back electrodes 604c and 604d are electrically connected with a conductive material. Connected.
  • a short circuit portion 102 for short-circuiting the front electrode 607c and the back electrode 604c of the photoelectric conversion element 608c in which the leak defect 609 remains may be formed.
  • the short-circuit portion is formed by breaking the PIN junction, and is formed, for example, by irradiating the photoelectric conversion element 608c with the laser beam 200.
  • the position where the short-circuit portion 102 is formed is desirably as close as possible to the connection portion between the front electrode 607c and the back electrode 604d of the adjacent photoelectric conversion element 603d. This is because the electrical resistance of the front electrode is larger than that of the back electrode, so that the electrical resistance between the back electrodes 604c and 604d after the short circuit can be reduced.
  • a photoelectric conversion element 603 c having a leak defect 609 is formed by using a laser CVD method in which a deposition gas 201 is supplied, a laser beam 200 is irradiated, and an exhaust gas 202 is exhausted.
  • the conductive thin film 103 may be selectively formed on the back electrode 604c side and short-circuited.
  • the leakage current of the leak defect is bypassed by a short-circuit current path.
  • FIG. 3 An equivalent circuit of one photoelectric conversion element having a leak defect is shown in FIG. Also, the curve (a) in FIG. 3 shows the output current-output voltage characteristic, that is, the IV characteristic when the photoelectric conversion element is irradiated with light, and the curve (b) shows the current flowing through the series-connected photoelectric conversion elements.
  • the load characteristic of the leak resistance Rl caused by the leak defect is shown.
  • FIG. 1 shows the results of calculating the generated power Ppv generated by the photoelectric conversion element and the power consumption Wrl consumed by the leak resistance Rl when the leak resistance Rl is changed.
  • a curve (c) shows the power generated by the photoelectric conversion element
  • a curve (d) shows the power consumption of the leak resistor R1.
  • the power consumption Wrl becomes the maximum value Rw ⁇ Voc
  • Rl ⁇ Rw the current flowing through the photoelectric conversion element becomes 0, and all of the current Is flows through the leakage resistance Rl, and the power consumption Wrl is the leakage resistance Rl. Is proportional to
  • the leak resistance Rl when the generated power Ppv and the power consumption Wrl intersect is Rt1
  • the power consumption consumed by the leak resistance R1 is larger than the power generated by the photoelectric conversion element at Rl ⁇ Rt1.
  • the short-circuit resistance when the photoelectric conversion element electrode is short-circuited to bypass the leak current due to the leak defect is ideally 0 ⁇ , but actually has a finite resistance value Rs, but Rs is expressed by the equation (3). It must be sufficiently smaller than Rw.
  • the leakage resistance R1 is bypassed between the back electrodes 604c and 604d.
  • An electrical short circuit is caused by the conductive member SC having a resistance value sufficiently smaller than R1. That is, the short circuit part SC is formed.
  • the leakage resistance of the photoelectric conversion element 1603a is measured. Specifically, a current flowing by applying a desired reverse bias voltage, for example, 1 V, between the back electrodes 1604a and 1604b connected to the photoelectric conversion element 1603a in FIG. 7 is measured, and the value of the voltage / current is calculated. The leakage resistance of the photoelectric conversion element 1603a is obtained. The same measurement is performed on the photoelectric conversion elements 1603b, 1603c, ... 1603f, 2603a, 2603b, ... 2603f, 3603a, 3603b, ... 3603f, ..., and the total leakage resistance is measured.
  • a desired reverse bias voltage for example, 1 V
  • the range of the leak resistance that causes a problem in reliability or power loss is determined from the power Wrl consumed by the leak resistance R1 of Equation (2).
  • the leak resistance is within the range, the electrode of the photoelectric conversion element having the leak defect is short-circuited by regarding it as a leak defect.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the solar power generation device according to the present invention.
  • a photovoltaic power generation apparatus is configured by connecting N rows of photovoltaic power generation elements having a light receiving area Acm 2 connected in series to N columns in parallel, the leakage defect density that causes power loss and reliability problems is Dcm 2 .
  • the number S of photoelectric conversion elements to be short-circuited is the total number of photoelectric conversion elements. It is preferably 10% or less of M ⁇ N, desirably 0.5% or less. Accordingly, the light receiving area A, the number of stages M, and the number of columns N are determined so as to satisfy such a condition.
  • the leak defect density D can be obtained as follows.
  • the average value S of the photoelectric conversion elements that are short-circuited by the solar power generation device can be obtained, and the leak defect density D can be obtained using Equation (5).
  • the IV characteristic (curve (a)) of FIG. 3 is determined by the light receiving area A of the photoelectric conversion element, and the resistance value Rw that maximizes the current consumption due to the leakage resistance is determined by the equation (3), so a finite short circuit
  • the light receiving area A is optimized so as to obtain a sufficient power loss recovery effect against a short circuit due to the resistor Rs.

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Abstract

　太陽光発電装置のリーク欠陥による弊害を除去すること。 　直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、リーク欠陥のある光電変換素子を選別する選別工程と、選別した光電変換素子の表面および裏面電極間または選別した光電変換素子の裏面電極および隣接する光電変換素子の裏面電極間を短絡させる短絡工程とを備える太陽光発電装置の補修方法。

Description

太陽光発電装置の補修方法と太陽光発電装置
　この発明は、太陽光発電装置の補修方法と太陽光発電装置に関する。
　近年、薄膜太陽電池が注目されている。この薄膜太陽電池の例として、シリコン系薄膜からなるシリコン系薄膜太陽電池やＣＩＳ、ＣＩＧＳ化合物薄膜太陽電池等が挙げられ、その開発及び生産量の拡大が進められている。
　これらの薄膜太陽電池は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、印刷法等により、基板上に半導体膜および電極膜を積層して形成される。薄膜太陽電池は、２つの電極に挟まれた半導体層の層厚が薄いため、半導体層中のピンホールによる電極間の漏洩電流路が生じ易く、光発電特性が低下する。このような薄膜太陽電池の特性回復を目的として、太陽電池の電極間に逆バイアス電圧を印加し、これらの漏洩電流路（以下、リーク欠陥という）を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、そのようなリーク欠陥を電気化学的手法により除去する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００－３２３７３８号公報 特開平４－２２６０８５号公報
　このように薄膜太陽電池では、光電変換素子にリーク欠陥が生じ易いため、リーク欠陥を修復する処理が行われる。しかしながら、リーク欠陥を修復する処理を行っても、ある程度以上の大きなリーク欠陥については修復が難しい。この場合には、リーク欠陥のある光電変換素子により漏洩電流（以下、リーク電流という）が流れる状態にある太陽光発電装置が製作されることになる。
　また、光電変換素子は、直列接続されて使用されるため、積層膜及び電極膜の加工時の欠陥で素子間にリーク電流路が形成され、これによって光発電特性が低下することもある。
　リーク電流が流れる状態にある太陽光発電装置は、リーク欠陥に起因する漏洩抵抗（以下、リーク抵抗という）で光起電力が消費され発熱する。それによって、光電変換素子の積層膜等の太陽光発電装置の構成部材に熱的、機械的なダメージが加わり、特性劣化、膜剥れ等の太陽光発電装置の信頼性に関わる問題が発生するという問題がある。
　その対策として、リーク電流に許容値を設けて、その基準を満たさない光電変換素子を不良として排除すると、歩留低下要因となる。
　また、その基準以内でもリーク欠陥に流れるリーク電流によって消費される電力がその光電変換素子で発電する電力より大きい場合、発電電力損失の原因となる。
　この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、リーク欠陥のある光電変換素子の電極間を短絡することにより、リーク抵抗によって発生する消費電力や発熱を抑制することが可能な太陽光発電装置の補修方法および太陽光発電装置を提供するものである。
　この発明は、直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、リーク欠陥のある光電変換素子を選別する選別工程と、選別した光電変換素子の表面および裏面電極間または選別した光電変換素子の裏面電極および隣接する光電変換素子の裏面電極間を短絡させる短絡工程とを備える太陽光発電装置の補修方法を提供するものである。
　また、この発明は、別の観点から、直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、リーク欠陥のある光電変換素子を備え、リーク欠陥のある光電変換素子の表面電極および裏面電極間またはリーク欠陥のある光電変換素子の裏面電極および隣接する光電変換素子の裏面電極間が短絡されてなる太陽光発電装置を提供するものである。
　また、この発明は、さらに別の観点から、直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、第１の光電変換素子の表面電極および裏面電極間または第１の光電変換素子の裏面電極および隣接する第２の光電変換素子の裏面電極間を短絡する短絡部を備える太陽光発電装置を提供するものである。
　この発明によれば、太陽光発電装置においてリーク欠陥のある光電変換素子の表面および裏面電極間が直接的または等価的に短絡されるので、リーク欠陥によるリーク電流が短絡経路によりバイパスされる。従って、リーク抵抗で発生する消費電力や発熱を排除することができ、太陽光発電装置の信頼性を向上させることが可能となる。
この発明において、光電変換素子のリーク抵抗の消費電力と光発電量を示す説明図である。 この発明において、リーク欠陥がある光電変換素子の等価回路を示す回路図である。 この発明において、リーク欠陥がある光電変換素子のI-V特性とリーク抵抗負荷特性を示す説明図である。 この発明に係る太陽光発電装置の構成説明図である。 この発明に係る太陽光発電装置の要部断面図である。 この発明に係る太陽光発電装置の要部等価回路図である。 この発明に係る太陽光発電装置の等価回路図である。 この発明に係る太陽光発電装置の補修方法の一例である。 この発明に係る太陽光発電装置の補修方法の他の一例である。 この発明に係る太陽光発電装置の補修方法のさらに他の一例である。
　この発明による太陽光発電装置の補修方法は、直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、リーク欠陥のある光電変換素子を選別する選別工程と、選別した光電変換素子の表面および裏面電極間または選別した光電変換素子の裏面電極および隣接する光電変換素子の裏面電極間を短絡させる短絡工程とを備える太陽光発電装置の補修方法を特徴とする。ここで、リーク欠陥とは、電極間にピンホールや異物等により形成される漏洩電流路をいう。
　選別工程は、光電変換素子のリーク抵抗を測定する測定工程を備え、測定値に基づいて選別を行ってもよい。リーク抵抗とは漏洩電流路の電気抵抗を意味する。
　なお、選別工程の前に、リーク欠陥を予め補修する予備補修工程をさらに備えてもよい。
　予備補修工程とは、電極間に逆バイアス電圧を印加してリーク欠陥部分を排除する方法を含む。
　選別される光電変換素子の数が太陽光発電装置を構成する光電変換素子の総数の10パーセント以下になることが好ましい。
　選別工程は、リーク欠陥によるリーク抵抗の消費電力が光電変換素子の発電電力より大きいことにより選別を行ってもよい。
　また、選別工程は、リーク欠陥によるリーク抵抗の消費電力によって太陽光発電装置の構成部材が熱的及び機械的なダメージを受けるほどの発熱があるか否かにより選別を行ってもよい。
　前記短絡工程は、機械的、及び物理的、及び化学的な手段の少なくとも１つを用いて短絡させてもよい。
　また、この発明の太陽光発電装置は、直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、リーク欠陥のある光電変換素子を備え、リーク欠陥のある光電変換素子の表面電極および裏面電極間またはリーク欠陥のある光電変換素子の裏面電極および隣接する光電変換素子の裏面電極間が短絡されてなることを特徴とする。
　さらにまた、この発明の太陽光発電装置は、直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、第１の光電変換素子の表面電極および裏面電極間または第１の光電変換素子の裏面電極および隣接する第２の光電変換素子の裏面電極間を短絡する短絡部を備えることを特徴とする。
　以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明のシリコン薄膜太陽光発電装置の補修方法の一例について説明する。
　直列接続された複数の光電変換素子の断面図を図５、その等価回路を図６に示す。そして直列接続された複数の光電変換素子が複数列に並列接続された太陽光発電装置の等価回路を図７に示す。
　図５に示すように、光電変換素子603a～603fは、ガラス等の透明絶縁基板606上に、ＳｎＯ2等の透明導電膜からなる表面電極607a～607f、光電変換層を含む半導体層608a～608fおよび金属または透明導電膜からなる裏面電極604a～604fが積層された構造である。
　このような太陽光発電装置は、半導体層中の欠陥や、半導体層及び電極を加工する際に形成された欠陥により、リーク欠陥が発生することがある。例えば、図５の光電変換素子603cは、裏面電極604cと表面電極607cとの間が導電性異物609で電気的につながり、リーク欠陥が発生している状態を示す。
　そのようなリーク欠陥を除去する為に、例えば、光電変換素子603cの電極604c，607c間に逆バイアスを印加し、短絡部分に過電流を流してリーク欠陥を除去する逆バイアス処理を行う。
　具体的には、図５において、隣接する２つの裏面電極対604cと604dとの間に5～8Vの逆バイアスを印加して、漏洩路（リークパス）つまり導電性異物609に過電流を流し、リークパスを焼き切る。
　しかし、欠陥がある程度大きい場合、逆バイアス処理で欠陥によるリークパスを十分に焼き切ることができずに、リークパスが残ってしまう場合がある。
　そのような場合に、リーク欠陥によるリーク抵抗での消費電力によって、リーク欠陥近傍が発熱する。その発熱によって、半導体膜等の太陽光発電装置の構成部材が熱的、機械的なダメージを受け、光電変換膜剥れ等の信頼性上の問題が発生する。
　このような問題に対して、従来は、リーク電流に許容値を設けて、その基準を満たさない光電変換素子は不良として排除していた。しかし、この発明では、許容値以上の発熱があるリーク欠陥のある光電変換素子の電極間を短絡して、リーク欠陥に流れるリーク電流をバイパスすることによって、発熱による問題を回避する。
　この発明においては、太陽光発電装置の特性の観点から、まず、逆バイアス処理などの予備的な欠陥修復工程を十分に行うことが好ましい。その後、リーク欠陥が残っている光電変換素子について、短絡処理を行う。この場合、リーク抵抗に許容値を設けて、その基準を満たさない光電変換素子について、短絡させるようにすることが好ましい。
　つまり、予備的な欠陥修復工程で修復できなかった欠陥によるリーク抵抗を確認するために、予備的な欠陥修復後に太陽光発電装置に配列された光電変換素子の電極間のリーク抵抗を測定し、太陽光発電装置の信頼性に影響のある範囲のリーク抵抗値の光電変換素子について、隣接する裏面電極間を短絡させる。つまり、裏面電極間に短絡部を形成する。
　その短絡を実施するには、例えば、銀ペーストや金属膜による接続、AuやAg等のワイヤーボンドなどリーク抵抗より小さい材料で短絡させ得る方法が好ましい。また、その他、短絡部を形成する方法としては、図８に示すような機械的な手段、図９に示すような物理的な手段、図１０に示すような化学的な手段を好適に用いることができる。
　図８に示すように、リーク欠陥６０９が残っている光電変換素子６０８ｃと隣接する光電変換素子６０８ｄの裏面電極間に短絡部１０１を形成する。短絡部は、導電性テープを貼り付けるか、もしくは導電性ペーストを塗布するか、もしくはインクジェットで導電性膜を形成するなどの手段により形成され、裏面電極６０４ｃ、６０４ｄ間は、導電性材料で電気的に接続される。
　また、図９に示すように、リーク欠陥６０９が残っている光電変換素子６０８ｃの表面電極６０７ｃと裏面電極６０４ｃを短絡させる短絡部１０２を形成してもよい。短絡部は、ＰＩＮ接合を破壊することで形成され、例えば、レーザービーム２００を光電変換素子６０８ｃに照射することで形成される。短絡部１０２の形成位置は、表面電極６０７ｃと隣接する光電変換素子６０３ｄの裏面電極６０４ｄとの接続部にできるだけ近い方が望ましい。それは、表面電極は裏面電極より電気抵抗が大きいので短絡後の裏面電極６０４ｃと６０４ｄ間の電気抵抗を小さくすることができるからである。
　また、図１０に示すように、成膜ガス２０１を供給しレーザービーム２００を照射し、かつ、排気ガス２０２を排気しながら行うレーザーＣＶＤ法を用いて、リーク欠陥６０９がある光電変換素子６０３ｃの裏面電極６０４ｃ側に導電性薄膜１０３を選択的に形成して短絡してもよい。
　上記短絡方法は、透明基板上に光電変換素子を形成し基板側から光入射するスーパーストレート型の太陽光発電装置について説明したが、基板と反対側から光入射するサブストレート型の太陽光発電装置についても同様にこの方法を適用できる。
　また、この発明においては、リーク欠陥のある光電変換素子のリーク抵抗が消費する消費電力がその光電変換素子が発電する電力より大きい場合に、リーク欠陥のリーク電流を短絡電流経路でバイパスすることによって、リーク欠陥による電力損失を低減して太陽光発電装置の発電能力を高めることもできる。
　そこで、ある太陽光発電装置が発電状態で、直列接続された複数の光電変換素子の一つにリーク欠陥がある場合、そのリーク抵抗で消費される電力を求める方法を以下に示す。
　リーク欠陥のある１個の光電変換素子の等価回路を図２に示す。また、図３の曲線(a)は光電変換素子に光を照射したときの出力電流－出力電圧特性、つまり、I-V特性を示し、曲線(b)は直列接続された光電変換素子に流れる電流と、リーク欠陥に起因するリーク抵抗Rlの負荷特性を示す。
　ここで、I-V特性曲線(a)と負荷特性(b)との交点Pを（Vpv,Ipv)とすると、リーク抵抗Rlを有する光電変換素子が発電する発電電力Ppvは
　　　Ppv ＝ Ipv × Vpv　　　　　　……（１）
　リーク抵抗Rlが消費する消費電力Wrlは
　　　Wrl ＝ (Is － Ipv)×Vpv ……（２）
となる。
　リーク抵抗Rlを変化させたときに、光電変換素子が発電する発電電力Ppv、リーク抵抗Rlが消費する消費電力Wrlを算出した結果を図１に示す。図１において曲線(c)は光電変換素子の発電電力を示し、曲線(d)はリーク抵抗R1の消費電力を示す。
　ここで、図３のI-V特性の開放電圧をVocとすると、図１では、リーク抵抗R1が
　　　Rw　＝　Voc/Is　　　　　　　　……（３）
のとき消費電力Wrlは最大値Rw×Vocとなり、Rｌ＜Rwでは光電変換素子に流れる電流は０となって、リーク抵抗Rlに電流Isの全てが流れるようになり、消費電力Wrlはリーク抵抗Rlに比例する。
　発電電力Ppvと消費電力Wrlが交差するときのリーク抵抗RlをRt1とすると、Rl ＜ Rt1では、光電変換素子で発電される発電電力よりリーク抵抗R1で消費される消費電力の方が大きくなる。
　前記の光電変換素子の電極を短絡してリーク欠陥によるリーク電流をバイパスするときの短絡抵抗は理想的には０Ωであるが、実際は有限の抵抗値Rsを持つが、Rsは式（３）のRwより十分小さいことが必要である。
　実際は、短絡抵抗の抵抗値Rsに対して、Rs × Is2 の電力が消費されるため　Ppv＋Rs×Is2＝Wrlとなるときのリーク抵抗　Rt2より小さく、Rsより大きいリーク抵抗を有する光線変換素子の電極を短絡させることで、リーク抵抗での消費電力による発電損失を低減することができる。
　具体的には、図６に示すように、光電変換素子603cに許容範囲外のリーク抵抗Rlがあるとすると、裏面電極604cと604dとの間をリーク抵抗R1がバイパスされるように、リーク抵抗R1より十分に抵抗値の小さい導電部材SCにより電気的に短絡する。つまり、短絡部SCを形成する。
　次に、この発明に関わる光電変換素子のリーク抵抗を測定し、リーク欠陥と判定する方法を以下に示す。
　前述のように逆バイアス処理などの予備的な欠陥修復処理を行った後、太陽光発電装置を構成する全ての光電変換素子のリーク抵抗を測定する。具体的には、図7の光電変換素子1603aに接続される裏面電極1604aと1604bとの間に所望の逆バイアス電圧、例えば1Vを印加して流れる電流を測定し、その電圧/電流の値から光電変換素子1603aのリーク抵抗を求める。同様の測定を裏面電極1603b、1603c、… 1603f、2603a、2603b、… 2603f、3603a、3603b、… 3603f、… の光電変換素子について行い、全リーク抵抗を測定する。
　式（２）のリーク抵抗R1によって消費される電力Wrlから信頼性上の問題もしくは電力損失が発生するリーク抵抗の範囲を定める。そしてリーク抵抗がその範囲にある場合に、リーク欠陥と見なしてリーク欠陥を有する光電変換素子の電極を短絡する。
　次に、この発明に関わる方法によって補修した光電変換素子の構成方法について以下に説明する。
　リーク欠陥を有する光電変換素子を短絡した場合、その光電変換素子での発電量は０となるため、短絡した光電変換素子の面積が大きすぎると、リーク欠陥で短絡した素子の発電電力低下量が大きくなる。したがって、リーク欠陥密度に対する光電変換素子の面積を調整することが好ましい。
　図４にこの発明における太陽光発電装置の構成例を示す。
　受光面積Ａcm2の光電発電素子をＭ段直列接続したものを、Ｎ列並列接続して太陽光発電装置を構成した場合、電力損失及び信頼性問題を引き起こすリーク欠陥密度をＤcm2、リーク欠陥による短絡を行う光電変換素子数をＳとすると
　　　1-Ｓ/Ｍ/Ｎ　＝　1/（1+Ａ×Ｄ）　　　……（４）
　式（４）を整理すると
　　　Ｓ/Ｍ/Ｎ　＝　Ａ×Ｄ/（1+Ａ×Ｄ）　……（５）
が成立する。
　リーク欠陥を有する光電変換素子を短絡した場合、その光電変換素子での発電量は０となるため、太陽光発電装置の特性の観点から、短絡する光電変換素子の数Ｓは光電変換素子の総数Ｍ×Ｎの10パーセント以下、望ましくは0.5パーセント以下であることが好ましい。従って、そのような条件を満たすように受光面積Ａと、段数Ｍと、列数Ｎを決定する。
　リーク欠陥密度　Ｄは次のように求めることができる。太陽光発電装置で短絡する光電変換素子の平均値Ｓを求め、式（５）を使ってリーク欠陥密度　Ｄを求めることができる。
　また、光電変換素子の受光面積Ａによって図３のＩ－Ｖ特性（曲線(a））が決まり、リーク抵抗による消費電流が最大となる抵抗値Ｒｗが式（３）より決まるため、有限の短絡抵抗Ｒｓによる短絡に対して十分な電力損失回復効果が得られるように受光面積Ａの最適化を行う。
　以上の手段を太陽光発電装置の全ての光電変換素子について実施することによって、太陽光発電装置のリーク欠陥抵抗による電力損失や信頼性問題を回避することができる。
１０１　導電性材料
１０２　ＰＩＮ接合破壊部
１０３　導電性薄膜
２００　レーザービーム
２０１　成膜ガス
２０２　排気ガス
６０３ａ～６０３ｆ　光電変換素子
６０４ａ～６０４ｆ　裏面電極
６０６　透明絶縁基板
６０７ａ～６０７ｆ　表面電極
６０８ａ～６０８ｆ　半導体層
６０９　リーク欠陥

Claims (9)

  1. 　直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、リーク欠陥のある光電変換素子を選別する選別工程と、選別した光電変換素子の表面および裏面電極間または選別した光電変換素子の裏面電極および隣接する光電変換素子の裏面電極間を短絡させる短絡工程とを備える太陽光発電装置の補修方法。
  2. 　前記選別工程は、光電変換素子のリーク抵抗を測定する測定工程を備え、測定値に基づいて選別を行う請求項１記載の太陽光発電装置の補修方法。
  3. 　前記選別工程の前にリーク欠陥を予め補修する予備補修工程をさらに備える請求項１または２に記載の太陽光発電装置の補修方法。
  4. 　選別される光電変換素子は、その数が太陽光発電装置を構成する光電変換素子の総数の10パーセント以下である請求項１～３のいずれか１つに記載の太陽光発電装置の補修方法。
  5. 　前記選別工程は、リーク欠陥によるリーク抵抗の消費電力が光電変換素子の発電電力より大きいことにより選別を行う請求項１～４のいずれか１つに記載の太陽光発電装置の補修方法。
  6. 　前記選別工程は、リーク欠陥によるリーク抵抗の消費電力によって太陽光発電装置の構成部材が熱的及び機械的なダメージを受けるほどの発熱があるか否かにより選別を行う請求項１～４のいずれか１つに記載の太陽光発電装置の補修方法。
  7. 　前記短絡工程は、機械的、及び物理的、及び化学的な手段の少なくとも１つを用いて短絡させる請求項１記載の太陽光発電装置の補修方法。
  8. 　直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、リーク欠陥のある光電変換素子を備え、リーク欠陥のある光電変換素子の表面電極および裏面電極間またはリーク欠陥のある光電変換素子の裏面電極および隣接する光電変換素子の裏面電極間が短絡されてなる太陽光発電装置。
  9. 　直列接続された複数の光電変換素子を備える太陽光発電装置において、第１の光電変換素子の表面電極および裏面電極間または第１の光電変換素子の裏面電極および隣接する第２の光電変換素子の裏面電極間を短絡する短絡部を備える太陽光発電装置。
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