WO2012017661A1 - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
- a photoelectric conversion device in which semiconductor thin films such as amorphous and microcrystals are stacked is used.
- a transparent electrode layer 112 As shown in FIG. 9, in the photoelectric conversion device 200, a transparent electrode layer 112, a photoelectric conversion layer 114, and a back electrode 116 are formed on a glass substrate 110, and a plurality of photoelectric conversion cells 150 are formed.
- a current collecting wiring 118 is connected to the back electrode 116 located at the end of the glass substrate 110 in order to collect the generated power.
- the output wiring 122 is connected to the current collection wiring 118, and the generated electric power is output to the outside.
- a filler 128 for sealing the current collecting wiring 118, the insulating member 120, and the output wiring 122 between the photoelectric conversion cell 150 and the back surface protective material 130 ( EVA) is arranged, and the photoelectric conversion device 200 is formed.
- a single-layer body made of a resin such as PET or a laminated body with a metal foil interposed therebetween is used as the back surface protective material 130.
- Single-layer bodies and laminates made of these resins do not play a role as structures. Therefore, the strength of the photoelectric conversion device 200 is increased by attaching a frame made of aluminum or the like around the photoelectric conversion device 200 as a structural member.
- the cost of the photoelectric conversion device 200 is increased by providing the frame made of aluminum or the like, glass can be used for the back surface protective material 130 without using the frame, and the role as a structure can be provided. Proposed.
- the current collector wiring 118 and the output wiring 122 are connected so as to overlap each other, a convex portion 170 is formed on the glass substrate 110.
- the back surface protective material 130 unlike a resin or the like, it does not deform flexibly according to the unevenness. For this reason, when pressure is applied to the glass substrate 110 from the back surface protection material 130 side in the vacuum laminating process performed when forming the module, the force concentrates on the back surface protection material 130 in the vicinity of the convex portion 170, and the back surface protection material 130.
- One aspect of the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention includes a step of bonding a back surface protective material through a filler so as to sandwich a plurality of photoelectric conversion cells on a substrate, and bonding the back surface protective material
- the filler is formed using a resin sheet from which a region overlapping with the convex portion formed on the surface of the substrate on which the plurality of photoelectric conversion cells are formed is removed.
- a method for manufacturing a photoelectric conversion device with a high yield can be provided.
- FIG. 1 is a plan view of the photoelectric conversion device 100 as viewed from the back side opposite to the light receiving surface.
- 2, 3 and 4 are cross-sectional views for illustrating manufacturing steps along lines AA and BB in FIG.
- FIG. 5 is a perspective view for explaining the manufacturing process.
- the filler 28 and the back surface protective material 30 are not described, and components that are not actually seen overlapped are indicated by broken lines.
- the dimensions of each part are shown different from actual ones in order to clearly show the configuration.
- the photoelectric conversion device 100 includes a substrate 10, a transparent electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 14, a back electrode 16, a current collector wiring 18, an insulating member 20, an output wiring 22, and an insulating coating material 24. , The end sealing material 26, the filler 28, the back surface protection material 30, and the terminal box 32.
- the substrate 10 is a member that supports the photoelectric conversion device 100. Since the photoelectric conversion device 100 is configured to generate light by making light incident from the substrate 10 side, the substrate 10 is made of a material having transparency in at least a visible light wavelength region, such as a glass substrate or a plastic substrate. In the present embodiment, the substrate 10 made of glass is used.
- the transparent electrode layer 12 is formed on the substrate 10.
- the transparent electrode layer 12 is doped with tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), etc. with tin (Sn), antimony (Sb), fluorine (F), aluminum (Al), etc. It is preferable to use at least one or a combination of a plurality of transparent conductive oxides (TCO).
- TCO transparent conductive oxide
- zinc oxide (ZnO) is preferable because it has high translucency, low resistivity, and excellent plasma resistance. Therefore, in the present embodiment, zinc oxide is used as the transparent electrode layer 12.
- the transparent electrode layer 12 can be formed by a sputtering method or a CVD method.
- the transparent electrode layer 12 is patterned in strip shape.
- the first slit S1 is formed and divided in the transparent electrode layer 12 along the vertical direction of FIG.
- the transparent electrode layer 12 is divided
- the second slit S2 is formed and divided in the transparent electrode layer 12 along the left-right direction in FIG.
- the transparent electrode layer 12 can be patterned using a YAG laser having a wavelength of 1064 nm, an energy density of 13 J / cm 2 , and a pulse frequency of 3 kHz.
- a p-type layer, an i-type layer, and an n-type silicon thin film are sequentially laminated on the transparent electrode layer 12 to form a photoelectric conversion layer 14.
- the photoelectric conversion layer 14 can be a thin film photoelectric conversion layer such as an amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer or a microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer. Alternatively, a tandem or triple photoelectric conversion layer in which these photoelectric conversion layers are stacked may be used.
- Amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer and microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer are made of silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), diborane (B 2 H 6 ).
- a plasma chemical vapor deposition method in which a film is formed by converting a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) and an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) and a diluent gas such as hydrogen (H 2 ) into a plasma (CVD method).
- a 13.56 MHz parallel plate RF plasma CVD method is preferably applied.
- the photoelectric conversion layer 14 is patterned into a strip shape.
- the YAG laser is irradiated to a position 50 ⁇ m lateral from the first slit S1 that divides the transparent electrode layer 12 to form a third slit S3, and the photoelectric conversion layer 14 is patterned into a strip shape.
- a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 3 kHz is preferably used.
- the back electrode 16 is formed on the photoelectric conversion layer 14.
- the back electrode 16 may be a single layer or a laminate having conductivity, and preferably has a structure in which a transparent conductive oxide and a reflective metal are laminated in this order.
- transparent conductive oxide transparent conductive oxides such as tin oxide, zinc oxide and indium tin oxide, or those doped with impurities are used.
- zinc oxide doped with aluminum as an impurity may be used.
- a reflective metal metals, such as silver (Ag) and aluminum (Al), are used.
- the transparent conductive oxide and the reflective metal can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method. It is preferable that at least one of the transparent conductive oxide and the reflective metal is provided with unevenness for enhancing the light confinement effect.
- the back electrode 16 is made of silver oxide laminated on zinc oxide.
- the back surface electrode 16 is patterned in strip shape.
- a YAG laser is irradiated to a position 50 ⁇ m lateral from the position of the third slit S3 dividing the photoelectric conversion layer 14 to form a fourth slit S4, and the back electrode 16 is patterned into a strip shape.
- the 5th slit S5 which divides
- a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 4 kHz is preferably used.
- the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16 are stacked on the substrate 10 to form a plurality of photoelectric conversion cells 50.
- the current collecting wiring 18 is extended on the back electrode 16 of the photoelectric conversion cell 50 located at the end of the substrate 10.
- the current collector wiring 18 is formed to connect the positive electrodes and the negative electrodes of the photoelectric conversion layer 14 that are divided in parallel near the end of the photoelectric conversion device 100. Therefore, the current collection wiring 18 is extended along the extending direction of 1st slit S1. That is, the photoelectric conversion cells 50 divided in parallel by the second slit S2 and the fifth slit S5 are extended on the back electrode 16 across the second slit S2 and the fifth slit S5 so as to be connected in parallel. .
- the current collection wiring 18 is extended along the up-down direction in the left-right edge in FIG.
- the photoelectric conversion cell 50 having no photoelectric conversion function does not straddle the second slit S2 and the fifth slit S5 in the vicinity of the edge.
- the current collecting wiring 18 is electrically connected to the back electrode 16 by solder or the like melted by ultrasonic waves. Thereby, the positive electrodes and the negative electrodes of the photoelectric conversion cells 50 connected in series are connected in parallel.
- the insulating member 20 is moved from the vicinity of the current collector wiring 18 provided along the edge of the photoelectric conversion device 100 to the position of the terminal box 32 in the center. It extends along the extending direction of the second slit S2 on the back electrode 16 across the four slits S4.
- the insulating member 20 extends in the left-right direction from the vicinity of the left and right current collecting wires 18 toward the terminal box 32.
- the insulating member 20 is preferably composed of an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more.
- an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more.
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- PI polyimide
- PVF polyvinyl fluoride
- the output wiring 22 is arranged at the center of the photoelectric conversion device 100 along the extending direction of the second slit S 2 from the current collecting wiring 18 at both ends to the insulating member 20. It extends toward.
- the insulating member 20 is sandwiched between the output wiring 22 and the back electrode 16, and electrical insulation between the output wiring 22 and the back electrode 16 is maintained.
- One end of the output wiring 22 extends to the current collecting wiring 18 and is electrically connected to the current collecting wiring 18.
- the output wiring 22 is preferably electrically connected to the current collecting wiring 18 by solder or the like melted by ultrasonic waves.
- the other end of the output wiring 22 is connected to an electrode terminal in a terminal box 32 described later. Thereby, the electric power generated by the photoelectric conversion cell 50 is taken out of the photoelectric conversion device 100.
- the insulating coating material 24 includes at least the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, the back electrode 16, and the current collector wiring 18 positioned in the vicinity of the end sealing material 26 described later. And provided so as to cover a part of the output wiring 22.
- the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, the back electrode 16, the current collector wiring 18, and the output wiring 22 are preferably provided so as to cover the end surfaces.
- the insulating coating material 24 covers the first slits S ⁇ b> 1 of the photoelectric conversion layer 14 so as to cover the ends of the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, the back electrode 16, the current collector wiring 18 and the output wiring 22. It extends along the extending direction. Specifically, in the area where the output wiring 22 is not provided, the entire surface of the current collecting wiring 18 and the ends of the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16 are covered, and the output wiring 22 is provided. In the region, the insulating coating material 24 is disposed so as to cover a part of the surface of the output wiring 22 and the ends of the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16.
- the insulating coating material 24 is preferably composed of an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more.
- an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more For example, PE, PET, PEN, PI, PVF and the like are preferable.
- the insulating coating material 24 has a tape shape, a sheet shape, or a film shape, and has a back surface coated with an adhesive in a seal shape. Thereby, the trouble at the time of arrange
- an end sealant 26 is disposed as shown in FIG.
- the end sealant 26 is disposed in a portion (width of about 7 mm to 15 mm) around the end of the photoelectric conversion device 100 where the photoelectric conversion cell 50 is not formed.
- the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16 are not formed when the photoelectric conversion cell 50 is formed.
- a film forming process may be performed by masking the periphery of the substrate 10 using a frame member, or after the photoelectric conversion cell 50 is formed, the photoelectric conversion cell 50 around the end of the photoelectric conversion device 100 by laser, sandblasting or etching. May be removed.
- the end sealant 26 is provided by applying it to a portion where the photoelectric conversion cell 50 around the end of the photoelectric conversion device 100 thus formed is not formed.
- the end sealing material 26 is an insulating material having a resistivity of 10 10 ( ⁇ cm) or more.
- the end sealing material 26 is preferably made of a material having low moisture permeability in order to prevent moisture from entering from the end of the photoelectric conversion device 100.
- the end sealant 26 is preferably made of a material having a lower moisture permeability than the filler 28 described later.
- the end sealing material 26 is preferably an epoxy resin or a butyl resin, and more specifically, hot melt butyl that is easy to apply and adhere at high temperatures is preferably applied. is there.
- hot melt butyl is used as the end sealing material 26.
- the end sealing material 26 has a width of about 6 mm to 10 mm and a thickness of about 0.05 mm to 0.2 mm thicker than the thickness of the filler 28.
- the back surface protection material 30 is preferably made of a material having electrical insulation, low moisture permeability, and high corrosion resistance, and the back surface protection material 30 is made of glass. .
- a filler 28 is filled between the photoelectric conversion layer 14 and the back surface protective material 30, and the back surface of the photoelectric conversion device 100 is sealed with the back surface protective material 30.
- the filler 28 is an insulating material. More specifically, an insulating resin having a resistivity of about 10 14 ( ⁇ cm) is preferable. For example, ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA) or polyvinyl bratil (PVB) is preferable. In the present embodiment, EVA is used as the filler 28.
- the filler 28 for filling and sealing between the photoelectric conversion layer 14 and the back surface protective material 30 is formed of a resin sheet 28a.
- the area surrounded by the end sealing material 26 on the back surface of the photoelectric conversion device 100 is equal to the area surrounded by the end sealing material 26, or 1 mm smaller in length and width than the area.
- the resin sheet 28a is disposed.
- the resin sheet 28a from which the region overlapping the convex portion 70 formed by overlapping the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 is removed is used.
- the resin sheet 28a in which the hole 28b is provided in the region overlapping the convex portion 70 is used.
- a resin sheet having a thickness of about 400 ⁇ m to 1 mm can be used, and in this embodiment, a resin sheet having a thickness of 600 ⁇ m is used.
- a back surface protection material A vacuum laminating process is performed by applying pressure from the 30 side. Furthermore, when EVA is used as the filler 28, the photoelectric conversion device 100 is heated to perform crosslinking. The heat treatment for crosslinking is preferably performed at 150 ° C. for about 30 minutes, for example.
- a photoelectric conversion layer is formed from the surroundings by adopting a structure in which the plurality of photoelectric conversion cells 50 are sealed by the substrate 10, the end sealing material 26 and the back surface protection material 30 as shown in FIG. It is possible to prevent moisture and corrosive substances from entering 14, and to improve the environmental resistance of the photoelectric conversion device 100.
- a terminal box 32 is attached in the vicinity of the end portion of the output wiring 22 drawn out from the back surface protective material 30 that protects the photoelectric conversion device 100.
- the terminal box 32 can be attached by bonding using silicone or the like.
- the end of the output wiring 22 is electrically connected to the terminal electrode in the terminal box 32 by soldering or the like, and the space in the terminal box 32 is filled with an insulating resin such as silicone and covered.
- the photoelectric conversion device 100 As described above, the photoelectric conversion device 100 according to the present embodiment is completed.
- the region corresponding to the convex portion 70 formed by overlapping the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 is cut out, and the resin sheet 28a provided with the hole 28b is removed.
- the pressure is applied from the back surface protective material 30 side to the substrate 10 side and the vacuum laminating process is performed, the force concentrates in the vicinity of the convex portion 70 and the back surface protective material 30 is distorted and damaged, resulting in a low yield. Can be suppressed.
- the hole 28b provided in the resin sheet 28a is formed to have an area equal to or smaller than the area of the convex portion 70.
- the resin sheet 28a in the vicinity of the hole 28b melts during the heat treatment, enters between the convex portion 70 and the back surface protective material 30, and is better prevented from forming a space in the photoelectric conversion device 100 by being filled. can do. Therefore, it is possible to prevent moisture generated from water vapor that has penetrated through the filler 28 from entering the space formed in the photoelectric conversion device 100 and the weather resistance from being deteriorated. That is, by providing the resin sheet 28a with the holes 28b having an area equal to or smaller than the area of the convex portion 70, it is possible to simultaneously suppress the yield and the weather resistance from being lowered.
- the resin sheet 28a provided with the hole 28b in the region corresponding to the convex portion 70 formed by overlapping the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 is used.
- a resin sheet 28 a provided with a hole 28 c corresponding to a region overlapping with the output wiring 22 as shown in FIG. 6 may be used.
- the insulating member 20 and the output wiring 22 are arranged so as to overlap with each other, and since it is convex with respect to the substrate surface, it is easy to concentrate force in the vicinity of this convex part. .
- one end of the output wiring 22 is connected to the terminal box 32 via an opening provided in the back surface protection member 30, the convex portion is formed up to a position where the opening overlaps.
- a hole 28 c is provided in the region of the resin sheet 28 a corresponding to the region overlapping with the output wiring 22.
- a resin sheet provided with holes in a region corresponding to a region overlapping with a convex portion formed on the substrate 10 as in the above-described embodiment may be used.
- the force concentrated on the back surface protective material 30 in the vicinity of the convex portion is dispersed, and it can be suppressed that the yield is lowered due to breakage.
- the resin sheet 28a having the holes 28b and 28c is used.
- the present invention is not limited to this, and a recess may be formed instead of the holes 28b and 28c. Even in this case, the same effect can be obtained.
- a resin sheet 28d having a high crosslinking speed in which holes 28b are formed and a resin sheet 28e made of a material having a low crosslinking speed may be used.
- the resin sheet 28e is disposed in the hole 28b of the resin sheet 28d.
- the cross-linking speed of the resin sheet 28e corresponding to the region overlapping with the convex portion 70 is slower than the resin sheet 28d in the region not overlapping with the convex portion 70 formed on the substrate 10, so that it does not overlap with the convex portion 70. Even if the region is cross-linked and hardened, the region overlapping the convex portion 70 can be made soft.
- the resin sheet 28e is deformed according to the shape of the convex portion 70, when the photoelectric conversion device 100 is formed by applying pressure from the back surface protective material 30 side to the substrate 10 side, stress inside the photoelectric conversion device 100 is applied. It can be mitigated, and it can be prevented from being broken and the yield is lowered. Further, the EVA constituting the resin sheet 28e is softened, and it is better prevented that a space is formed between the photoelectric conversion cell 50 and the back surface protective material 30 by entering and filling between the convex portion 70 and the back surface protective material 30. can do. As a result, it is possible to prevent moisture generated from water vapor that has permeated through the filler 28 from being accumulated in the space formed between the photoelectric conversion cell 50 and the back surface protective material 30, thereby reducing the weather resistance. .
- the resin sheet 28e corresponding to the region that does not overlap with the convex portion 70 may be cross-linked so that the photoelectric conversion device 100 has the required strength, and the resin sheet 28d corresponding to the region overlapping with the convex portion 70 is also used. It is not necessary to completely crosslink.
- the resin sheet 28d it is preferable to use EVA containing a reaction accelerator that increases the crosslinking rate.
- the resin sheet 28e the same EVA or the like as the resin sheet 28a is used, and is preferably about 1 to 5 mm larger than the convex portion 70. The thickness depends on the thickness of the convex portion 70. Thus, it is preferable to make it thinner than the resin sheet 28d.
- the resin sheet 28e having a low crosslinking speed is disposed in the hole 28b of the resin sheet 28d having a high crosslinking speed, but the present invention is not limited to this.
- the resin sheet 28f is made of a resin having a high crosslinking speed, and the resin sheet 28g is crosslinked.
- crosslinking speed such as what consists of resin with a slow speed
- the photoelectric conversion layer 14 has a pin junction, but the present invention is not limited to this and may have a pn junction as a basic structure. Further, the photoelectric conversion layer 14 is not only a silicon-based photoelectric conversion layer as in the above-described embodiments, but also, for example, cadmium tellurium, CIS (copper, indium, selenium), CIGS (copper, indium, gallium, selenium), or the like. A non-silicon photoelectric conversion layer can be used.
- the current collector wiring 18 is formed in the photoelectric conversion cells 50 at both ends.
- the position of the current collector wiring 18 is not limited to the photoelectric conversion cells 50 at both ends.
- Photoelectric conversion cell 70 170 Convex part 100, 200 Photoelectric conversion device
- the present invention can be used in a method for manufacturing a photoelectric conversion device such as a solar cell.
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Abstract
光電変換装置１００の製造方法は、基板１０上に複数の光電変換セル５０を形成する工程と、基板１０上の複数の光電変換セル５０を挟むように充填材２８を介して裏面保護材３０を接着する工程と、を有し、裏面保護材３０を接着する工程においては、基板１０の複数の光電変換セル５０が形成された面に形成された凸部と重畳する領域を除去した樹脂シート２８ａを用いて充填材２８を形成する。
Description
本発明は、光電変換装置の製造方法に関する。
太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。
図９に示すように光電変換装置２００は、ガラス基板１１０上に透明電極層１１２、光電変換層１１４、裏面電極１１６が形成され、複数の光電変換セル１５０が形成される。ガラス基板１１０の端部に位置する裏面電極１１６には、発電した電力を集電するために集電配線１１８が接続される。そして、集電配線に１１８は出力配線１２２が接続され、発電した電力が外部へ出力されている。
ガラス基板１１０に形成された光電変換セル１５０上には、集電配線１１８、絶縁部材１２０および出力配線１２２を光電変換セル１５０と裏面保護材１３０との間に封止するための充填材１２８（ＥＶＡ）を配置し、光電変換装置２００が形成される。
上記の光電変換装置２００においては、裏面保護材１３０としてＰＥＴ等の樹脂からなる単層体や、これによって金属箔を挟んだ積層体が用いられる。これらの樹脂等からなる単層体や積層体は、構造体としての役割を果たさない。そこで、光電変換装置２００の周囲にアルミ等からなるフレームを構造部材として取り付けることにより、光電変換装置２００の強度を高める。
しかしながら、このアルミ等からなるフレームを設けることにより、光電変換装置２００のコストが高くなるため、フレームを設けることなく、裏面保護材１３０にガラスを用いて構造体としての役割を併せ持たせることが提案されている。
光電変換装置２００において、集電配線１１８および出力配線１２２が重畳するように接続されるため、ガラス基板１１０上に凸部１７０が形成される。裏面保護材１３０としてガラスを用いる場合、樹脂等とは異なって、この凹凸に応じて柔軟に変形しない。このため、モジュールを形成する際に行われる真空ラミネート処理で裏面保護材１３０側からガラス基板１１０に圧力を加えたとき、凸部１７０近傍の裏面保護材１３０に力が集中し、裏面保護材１３０が歪み、割れが発生することがあり、歩留まりが低くなる問題がある。
本発明の光電変換装置の製造方法の１つの態様は、基板上の複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して裏面保護材を接着する工程と、を有し、裏面保護材を接着する工程においては、基板の複数の光電変換セルが形成された面に形成された凸部と重畳する領域を除去した樹脂シートを用いて充填材を形成する。
本発明によれば、歩留まりの高い光電変換装置の製造方法を提供することができる。
図１～図５は、本発明の実施の形態における光電変換装置１００の構成を示す。図１は、光電変換装置１００を受光面とは反対側である裏面からみた平面図である。図２、図３および図４は、図１のラインＡ－ＡおよびＢ－Ｂに沿った製造工程を示すための断面図である。図５は、製造工程を説明するための斜視図である。なお、図１では、光電変換装置１００の構成を明確に示すために充填材２８および裏面保護材３０を記載せず、実際には重なり合って見えない構成部分を破線で示している。また、図１～図５では、構成を明確に示すために各部の寸法を実際のものとは変えて示している。
光電変換装置１００は、図１～図５に示すように、基板１０、透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８、絶縁部材２０、出力配線２２、絶縁被覆材２４、端部封止材２６、充填材２８、裏面保護材３０および端子ボックス３２を含んで構成される。
基板１０は、光電変換装置１００を支持する部材である。光電変換装置１００は基板１０側から光を入射させて発電を行う構成であるので、基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用する。本実施の形態では、ガラスからなる基板１０を用いた。
図２（ａ）に示すように基板１０上に、透明電極層１２を形成する。透明電極層１２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。そこで本実施の形態では、透明電極層１２として酸化亜鉛を用いた。なお、透明電極層１２はスパッタリング法又はＣＶＤ法で形成することができる。
光電変換セル５０を複数直列に接続した構成とする場合、透明電極層１２を短冊状にパターニングする。本実施の形態では、図１の上下方向に沿って透明電極層１２に第１スリットＳ１を形成して分割する。また、光電変換セル５０を並列に分割した構成とする場合、上記直列接続を形成するための第１スリットＳ１に直交する方向に短冊状にパターニングして透明電極層１２を分割する。本実施の形態では、図１の左右方向に沿って透明電極層１２に第２スリットＳ２を形成して分割する。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて透明電極層１２をパターニングすることができる。
図２（ｂ）に示すように透明電極層１２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層１４を形成する。光電変換層１４は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層等の薄膜系光電変換層とすることができる。また、これらの光電変換層を積層したタンデム型やトリプル型の光電変換層としてもよい。
アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガスおよび水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成することができる。プラズマＣＶＤ法は、例えば、１３．５６ＭＨｚの平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。
複数の光電変換セル５０を直列接続する場合、光電変換層１４を短冊状にパターニングする。例えば、透明電極層１２を分割する第１スリットＳ１から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第３スリットＳ３を形成して光電変換層１４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
図２（ｃ）に示すように光電変換層１４上に、裏面電極１６を形成する。裏面電極１６は、導電性を有する単層体或いは積層体を用いることができ、透明導電性酸化物と反射性金属とをこの順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物としては、酸化錫、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物等の透明導電性酸化物、又は、これらの透明導電性酸化物に不純物をドープしたものが用いられる。例えば、酸化亜鉛にアルミニウムを不純物としてドープしたものでもよい。また、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。透明導電性酸化物および反射性金属は、例えば、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。透明導電性酸化物と反射性金属の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。本実施の形態では、裏面電極１６として、酸化亜鉛上に反射金属として銀が積層されたものを用いた。
光電変換セル５０を複数直列接続した構成とする場合、裏面電極１６を短冊状にパターニングする。光電変換層１４を分割する第３スリットＳ３の位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第４スリットＳ４を形成して裏面電極１６を短冊状にパターニングする。さらに、光電変換セル５０を並列に分割した構成とする場合、透明電極層１２を分割する第２スリットＳ２内に形成された光電変換層１４および裏面電極１６を分割する第５スリットＳ５を形成する。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いることが好適である。
このように基板１０上に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６を積層して複数の光電変換セル５０が形成される。
続いて、図３（ｄ）に示すように基板１０端部に位置する光電変換セル５０の裏面電極１６上に集電配線１８を延設する。集電配線１８は、光電変換装置１００の端辺付近において並列に分割された光電変換層１４の正電極同士および負電極同士を接続するために形成する。したがって、集電配線１８は、第１スリットＳ１の延在方向に沿って延設される。すなわち、第２スリットＳ２および第５スリットＳ５によって並列に分割された光電変換セル５０を並列に接続するように、第２スリットＳ２および第５スリットＳ５を跨いで裏面電極１６上に延設される。ここでは、集電配線１８は、図１における左右の端辺に上下方向に沿って延設する。ただし、図１に示される上下の端辺近傍において、光電変換機能を有さない光電変換セル５０と、その端辺近傍の第２スリットＳ２および第５スリットＳ５とは跨がない。集電配線１８は、超音波で溶融したはんだ等によって裏面電極１６に電気的に接続する。これによって、直列接続された光電変換セル５０の正電極同士および負電極同士が並列に接続される。集電配線１８としては、幅２ｍｍ、厚さ２００μｍを有するはんだで覆われた銅配線を用いる。
次に、図１および図３（ｅ）に示すように、絶縁部材２０を光電変換装置１００の端辺に沿って設けられた集電配線１８近傍から中央部の端子ボックス３２の位置まで、第４スリットＳ４を跨いで裏面電極１６上に第２スリットＳ２の延在方向に沿って延設する。ここでは、図１に示すように、絶縁部材２０は、左右の集電配線１８の近傍から端子ボックス３２に向けて左右方向に沿って延設する。
絶縁部材２０は、抵抗率が１０16（Ωｃｍ）以上の絶縁性の材料で構成することが好適である。例えば、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等とすることが好適である。また、絶縁部材２０は、テープ状、シート状、フィルム状の形状を有し、裏面にシール状に接着剤が塗布されたものを用いることが好適である。これにより、絶縁部材２０を配設する際の手間が軽減される。そこで本実施の形態では、絶縁部材２０としてＰＥＴテープを用いた。
出力配線２２は、図１および図３（ｆ）に示すように、両端の集電配線１８上から絶縁部材２０上へ第２スリットＳ２の延在方向に沿って、光電変換装置１００の中央部へ向けて延設する。出力配線２２と裏面電極１６との間に絶縁部材２０が挟み込まれ、出力配線２２と裏面電極１６との電気的な絶縁が保たれる。出力配線２２の一端は集電配線１８上まで延設され、集電配線１８に電気的に接続される。例えば、出力配線２２は超音波で溶融したはんだ等によって集電配線１８に電気的に接続することが好適である。出力配線２２の他端は、後述する端子ボックス３２内の電極端子に接続される。これにより、光電変換セル５０で発電された電力が光電変換装置１００の外部へ取り出される。出力配線２２としては、幅４ｍｍ、厚さ１４０μｍを有するはんだで覆われた銅配線を用いた。
次に、図４（ｇ）に示すように絶縁被覆材２４は、少なくとも後述する端部封止材２６の近傍に位置する透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８および出力配線２２の一部を覆うように設ける。特に、透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８および出力配線２２の端面を含んで覆うように設けることが好適である。
本実施の形態では、絶縁被覆材２４は、透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８および出力配線２２の端部を覆うように光電変換層１４の第１スリットＳ１の延在方向に沿って延設する。具体的には、出力配線２２が設けられていない領域では集電配線１８の表面全体並びに透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６の端部を覆い、出力配線２２が設けられている領域では出力配線２２の表面の一部並びに透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６の端部を覆うように絶縁被覆材２４を配設する。
絶縁被覆材２４は、抵抗率が１０16（Ωｃｍ）以上の絶縁性の材料で構成することが好適である。例えば、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＰＶＦ等とすることが好適である。また、絶縁被覆材２４は、テープ状、シート状、フィルム状の形状を有し、裏面にシール状に接着剤が塗布されたものを用いることが好適である。これにより、絶縁被覆材２４を配設する際の手間が軽減される。そこで本実施の形態では、絶縁被覆材２４としてＰＥＴテープを用いた。
続いて、図４（ｈ）に示すように端部封止材２６を配設する。端部封止材２６は、光電変換装置１００の端部周辺の光電変換セル５０を形成していない部分（幅７ｍｍ～１５ｍｍ程度）に配設する。光電変換装置１００の端部周辺において光電変換セル５０を形成していない部分を設けるには、光電変換セル５０を形成する際に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６が形成されないように枠部材を用いて基板１０の周囲をマスクして成膜処理を行ってもよいし、光電変換セル５０を形成後にレーザ、サンドブラスト又はエッチングによって光電変換装置１００の端部周辺の光電変換セル５０を除去してもよい。端部封止材２６は、このようにして形成された光電変換装置１００の端部周辺の光電変換セル５０を形成していない部分に塗布することによって設ける。
端部封止材２６は、抵抗率が１０10（Ωｃｍ）以上の絶縁材料とする。また、端部封止材２６は、光電変換装置１００の端部からの水分の浸入を防ぐために水分の透過性の低い材料とすることが好適である。特に、端部封止材２６は、後述する充填材２８よりも水分の透過性の低い材料とすることが好適である。さらに、光電変換装置１００の端部に機械的な力が加えられた場合に、光電変換装置１００に発生する力を緩和するための弾性を有することが好適である。例えば、端部封止材２６は、エポキシ系樹脂やブチル系樹脂とすることが好適であり、より具体的には、高温での塗布および接着が容易なホットメルトブチルを適用することが好適である。そこで、本実施の形態では、端部封止材２６としてホットメルトブチルを用いた。なお、端部封止材２６は、その幅は６ｍｍ～１０ｍｍ程度であり、厚さは充填材２８の厚さよりも０．０５ｍｍ～０．２ｍｍ程度厚くする。
端部封止材２６を塗布した後、裏面保護材３０によって光電変換装置１００の裏面を封止する。裏面保護材３０は、電気的な絶縁性を有し、水分の透過性が低く、耐腐食性が高い材料とすることが好適であり、裏面保護材３０としては、ガラスからなるものが用いられる。光電変換層１４と裏面保護材３０との間には充填材２８を充填して裏面保護材３０により光電変換装置１００の裏面を封止する。充填材２８は、絶縁材料とする。より具体的には、抵抗率が１０14（Ωｃｍ）程度の絶縁樹脂とすることが好適であり、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）やポリビニルブラチール（ＰＶＢ）とすることが好適であり、本実施の形態では充填材２８としてＥＶＡを用いた。
光電変換層１４と裏面保護材３０との間を充填し、封止するための充填材２８は、樹脂シート２８ａにより形成する。図５に示すように、光電変換装置１００の裏面の端部封止材２６で囲まれた領域に端部封止材２６で囲まれた領域と同等か、若しくはその領域よりも縦横ともに１ｍｍ小さい樹脂シート２８ａを配置する。このとき、集電配線１８と出力配線２２が重なって形成される凸部７０に重畳する領域が除去された樹脂シート２８ａを用いる。具体的には本実施の形態では、凸部７０に重畳する領域に孔２８ｂが設けられた樹脂シート２８ａを用いた。また、樹脂シート２８ａとしては、厚さ４００μｍ～１ｍｍ程度のものが用いることができ、本実施の形態では厚さ６００μｍのものを用いた。
そして、光電変換装置１００の裏面を覆うように裏面保護材３０を配置し、端子ボックス３２へ出力配線２２の端部を接続するために裏面保護材３０から引き出す処理を施した後に、裏面保護材３０側から圧力を加えて真空ラミネート処理を施す。さらに、充填材２８としてＥＶＡを用いた場合にあっては、光電変換装置１００を加熱し、架橋を行う。架橋を行うための加熱処理は、例えば１５０℃で３０分程度行うとよい。
このようにして、図４（ｉ）に示すような基板１０、端部封止材２６および裏面保護材３０によって複数の光電変換セル５０を封止する構造とすることによって、周囲から光電変換層１４への水分や腐食性物質が浸入することを防ぐことができ、光電変換装置１００の耐環境性を高めることができる。
最後に、図１に示すように、光電変換装置１００を保護する裏面保護材３０から引き出された出力配線２２の端部の近傍に端子ボックス３２を取り付ける。端子ボックス３２は、シリコーン等を用いて接着して取り付けることができる。出力配線２２の端部を端子ボックス３２内の端子電極にハンダ付け等により電気的に接続し、端子ボックス３２内の空間にシリコーン等の絶縁樹脂を充填して蓋をする。
以上のようにして、本実施の形態における光電変換装置１００が完成する。
本発明の実施形態においては、図５に示すように、集電配線１８と出力配線２２が重なって形成される凸部７０に対応した領域は切り取られ、孔２８ｂが設けられた樹脂シート２８ａを用いる。これによって、裏面保護材３０側から基板１０側へ圧力を加えて真空ラミネート処理を施したときに凸部７０近傍に力が集中して裏面保護材３０が歪み、破損して歩留まりが低くなることを抑制できる。
また樹脂シート２８ａに設けられた孔２８ｂは、凸部７０の面積以下の面積となるように形成される。これにより、孔２８ｂ近傍の樹脂シート２８ａが加熱処理の際に溶融し、凸部７０と裏面保護材３０の間に入り込み、充填されることによって光電変換装置１００中に空間ができることをより良く防止することができる。したがって、光電変換装置１００中にできた空間に、充填材２８を透過して侵入した水蒸気から発生した水分が溜まり、耐候性が低下することを防止することができる。つまり、樹脂シート２８ａに凸部７０以下の面積以下の面積の孔２８ｂを設けるにより、歩留まりが低くなることと耐候性の低下を同時に抑制することができる。
なお、本実施の形態においては、集電配線１８と出力配線２２が重なって形成される凸部７０に対応する領域に孔２８ｂを設けた樹脂シート２８ａを用いたが、これに限らず他の実施の形態として、図６に示したように出力配線２２と重畳する領域に対応する孔２８ｃを設けた樹脂シート２８ａを用いてもよい。裏面電極１６上には、絶縁部材２０と出力配線２２が重なるように配置された構成となっており、基板面に対して凸となっているため、この凸部近傍に力が集中し易かった。さらには、出力配線２２の一方端は、裏面保護材３０に設けられた開孔部を介して端子ボックス３２に接続するため、凸部はこの開孔部が重畳する位置まで形成される。このため、裏面保護材３０側から基板１０側へ圧力を加えて真空ラミネート処理を施したときに開孔部を起点として裏面保護材３０に亀裂が入り、破損することがあった。そこで、本発明の他の実施の形態では、出力配線２２と重畳する領域に対応する樹脂シート２８ａの領域に孔２８ｃを設ける。これにより、出力配線２２近傍において裏面保護材３０に集中する力が分散し、破損して歩留まりが低くなることを抑制することができる。
つまり、本発明においては上述の実施形態のように基板１０上に形成された凸部と重畳する領域に対応する領域に孔を設けた樹脂シートを用いればよい。これにより、凸部近傍において裏面保護材３０に集中する力が分散し、破損して歩留まりが低くなることを抑制することができる。
また、上記実施の形態では、樹脂シート２８ａに孔２８ｂ、２８ｃを形成したものを用いたが、これに限らず、孔２８ｂ、２８ｃの代わりに凹部を形成してもよい。この場合であっても、同様の作用効果を得ることができる。
さらには、図７に示すように孔２８ｂを形成した架橋速度の速い樹脂シート２８ｄと、架橋速度の遅い材料からなる樹脂シート２８ｅを用いてもよい。具体的には、樹脂シート２８ｄの孔２８ｂ内に樹脂シート２８ｅを配置する。この結果、基板１０上に形成された凸部７０と重畳しない領域の樹脂シート２８ｄに比べ、凸部７０と重畳する領域に対応する樹脂シート２８ｅの架橋速度が遅いため、凸部７０と重畳しない領域を架橋して固くしても、凸部７０と重畳する領域を柔らかい状態とすることができる。つまり、樹脂シート２８ｅは、凸部７０の形状に応じて変形するため、裏面保護材３０側から基板１０側へ圧力を加えて光電変換装置１００を形成した時に光電変換装置１００内部での応力を緩和し、破損して歩留まりが低くなることを抑制できる。また、樹脂シート２８ｅを構成するＥＶＡが柔らかくなり、凸部７０と裏面保護材３０の間に入り込み充填されることによって光電変換セル５０と裏面保護材３０との間に空間ができることをより良く防止することができる。これによって、光電変換セル５０と裏面保護材３０との間にできた空間に、充填材２８を透過して侵入した水蒸気から発生した水分が溜まり、耐候性が低下することを防止することができる。
なお、少なくとも凸部７０と重畳しない領域に対応する樹脂シート２８ｅにおいて、光電変換装置１００が必要とする強度となるように架橋すればよく、凸部７０と重畳する領域に対応する樹脂シート２８ｄも完全に架橋しなくても良い。
また、樹脂シート２８ｄとしては、架橋速度を高める反応促進剤を含むＥＶＡなどを用いることが好ましい。さらに樹脂シート２８ｅとしては、樹脂シート２８ａと同様のＥＶＡなどが用いられ、凸部７０に比べて１～５ｍｍ程度大きい大きさとすることが好ましく、厚さについては、凸部７０の厚さに応じて樹脂シート２８ｄよりも薄くすることが好ましい。
また、本実施の形態では、架橋速度の速い樹脂シート２８ｄの孔２８ｂ内に架橋速度の遅い樹脂シート２８ｅを配置したが、これに限られない。例えば、図８の樹脂シートのように出力配線２２と重畳する領域に対応する領域に孔２８ｃを設けた場合にあっては、架橋速度の速い樹脂からなる樹脂シート２８ｆとし、樹脂シート２８ｇを架橋速度の遅い樹脂からなるものとするなど、架橋速度の速い樹脂シートに設けた孔の内部に架橋速度の遅い樹脂を配置すればよい。なお、同様の効果は、固い樹脂シートに設けた孔の内部に柔らかい樹脂シートを配置しても得ることができる。
上記各実施の形態では、光電変換層１４はｐｉｎ接合を有するものとしたが、これに限定されるものではなく、ｐｎ接合を基本構造とするものでもよい。さらに光電変換層１４は、上記各実施の形態のようにシリコン系光電変換層の他、例えば、カドミウムテルルや、ＣＩＳ（銅、インジウム、セレン）又はＣＩＧＳ（銅、インジウム、ガリウム、セレン）系などの非シリコン系の光電変換層を用いることができる。
また、上記各実施の形態では、両端の光電変換セル５０に集電配線１８を形成したが、集電配線１８の位置は両端の光電変換セル５０に限られない。
１０、１１０ 基板
１２、１１２ 透明電極層
１４、１１４ 光電変換層
１６、１１６ 裏面電極
１８、１１８ 集電配線
２０、１２０ 絶縁部材
２２、１２２ 出力配線
２４ 絶縁被覆材
２６ 端部封止材
２８、１２８ 充填材
３０、１３０ 裏面保護材
３２ 端子ボックス
５０、１５０ 光電変換セル
７０、１７０ 凸部
１００、２００ 光電変換装置
１２、１１２ 透明電極層
１４、１１４ 光電変換層
１６、１１６ 裏面電極
１８、１１８ 集電配線
２０、１２０ 絶縁部材
２２、１２２ 出力配線
２４ 絶縁被覆材
２６ 端部封止材
２８、１２８ 充填材
３０、１３０ 裏面保護材
３２ 端子ボックス
５０、１５０ 光電変換セル
７０、１７０ 凸部
１００、２００ 光電変換装置
本発明は、太陽電池などの光電変換装置の製造方法に利用できる。
Claims (12)
- 基板上に複数の光電変換セルを形成する工程と、
前記基板上の前記複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して裏面保護材を接着する工程と、
を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記裏面保護材を接着する工程においては、前記基板の前記複数の光電変換セルが形成された面に形成された凸部と重畳する領域を除去した樹脂シートを用いて前記充填材を形成する
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項１に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記充填材は、前記凸部に重畳する領域以下の面積を除去した樹脂シートを用いることを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項１に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記充填材は、前記凸部に対応した領域に孔を設けた樹脂シートを用いて形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項３に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記充填材は、前記凸部に重畳する領域以下の面積の孔を形成した樹脂シートを用いることを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 基板上に複数の光電変換セルを形成する工程と、
前記基板上の前記複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して裏面保護材を接着する工程と、
を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記裏面保護材を接着する工程において、前記充填材は、前記基板の前記複数の光電変換セルが形成された面に形成された凸部と重畳する領域が他の領域より架橋速度の遅い樹脂シートを用いて形成する
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項５に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記充填材は、前記凸部に重畳する領域に孔を形成した第１の樹脂シートを用い、前記孔内に前記第１の樹脂シートより架橋速度の遅い第２の樹脂シートを配置して形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 基板上に複数の光電変換セルを形成する工程と、
前記基板上の前記複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して裏面保護材を接着する工程と、
を有する光電変換装置の製造方法であって、
前記裏面保護材を接着する工程において、前記充填材は、前記基板の前記複数の光電変換セルが形成された面に形成された凸部と重畳する領域が他の領域より柔らかい樹脂シートを用いて形成する
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項７に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記充填材は、前記凸部に重畳する領域に孔を形成した第１の樹脂シートを用い、前記孔内に前記第１の樹脂シートより柔らかい第２の樹脂シートを配置して形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項１～８のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記複数の光電変換セルに電流を集めるための集電配線を形成する工程と、
前記集電配線に電力を外部に出力するための出力配線を形成する工程と、
前記凸部は、前記集電配線と前記出力配線とが重畳する領域であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項１～８のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記複数の光電変換セルに電流を集めるための集電配線を形成する工程と、
前記集電配線に電力を外部に出力するための出力配線を形成する工程と、
前記凸部は、前記出力配線に重畳する領域であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項９または１０に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記光電変換セルおよび前記集電配線の前記基板端部側の端面を絶縁被覆材で覆うことを特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 請求項１～１１のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記光電変換セルが形成されていない前記基板端部において、端部封止部材が形成されていることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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