WO2013042242A1 - 太陽電池、太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solar cell, a solar cell module, and a manufacturing method thereof.
- solar cells that can convert sunlight into electrical energy have been used as an alternative energy source for petroleum.
- Examples of solar cells include single crystal solar cells, polycrystalline solar cells, amorphous solar cells, and the like, or combinations thereof.
- collector electrodes such as fingers and bus bars are provided on the front and back surfaces in order to extract the generated power to the outside.
- a collector electrode is generally often formed by a screen printing method.
- the screen printing method has a problem that it is difficult to increase the thickness of the collector electrode.
- One aspect of the present invention is a solar cell including a coating layer provided with a part of one main surface exposed, and a collector electrode provided on one main surface exposed from the coating layer, and a coating layer And a filling layer disposed on the collector electrode, wherein the collector electrode has a film thickness smaller than that of the coating layer.
- Another aspect of the present invention includes a coating layer provided by exposing a part of one main surface, and a collector electrode provided on one main surface exposed from the coating layer, and a film of the collector electrode The thickness is a solar cell smaller than the thickness of the coating layer.
- the structure of the solar cell 200 will be described while showing a method for manufacturing the solar cell 200.
- the collector electrode 44 is a conductive layer on the transparent conductive layer 34, and the collector electrode 46 is a conductive layer on the transparent conductive layer 28.
- the collector electrodes 44 and 46 preferably have a comb-like configuration including a plurality of fingers and a bus bar connecting the fingers so that the power generated by the solar cell 200 can be collected evenly.
- the collector electrodes 44 and 46 are preferably metal layers with high conductivity, and preferably contain at least one of silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al) as a main component.
- the front and back surfaces of the solar cell 200 are sealed with sealing bodies 52 and 54 to form a solar cell module 300.
- Filling layers 48 and 50 are disposed on the coating layers 40 and 42 and the collector electrodes 44 and 46, respectively, and sealed by pressing the sealing bodies 52 and 54 under heating.
- the filling layers 48 and 50 are preferably made of a resin such as EVA or PVB.
- the sealing body on the surface (light receiving surface) side of the solar cell 200 is preferably a light-transmitting glass plate or resin sheet.
- the sealing body on the back surface side of the solar cell 200 can use a light-shielding member such as a resin film formed by sandwiching a metal foil in addition to a light-transmitting glass plate or resin sheet.
- the solar cell module 300 includes a plurality of solar cells electrically connected by wiring materials. The wiring material is generally connected to the bus bar of the collector electrode.
- thermal expansion of the filling layers 48 and 50 is suppressed on the side surface of the opening B of the coating layers 40 and 42.
- the adhesion between the coating layer 40 and the filling layer 48 and the adhesion between the coating layer 42 and the filling layer 50 are enhanced, and the peeling between the coating layer 40 and the filling layer 48 and the peeling between the coating layer 42 and the filling layer 50 occur. It is suppressed.
- the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the filling layer 48 is larger than the thermal expansion coefficients (linear expansion coefficient) of the coating layer 40 and the collector electrode 44, the effect of suppressing peeling becomes high. The same applies to the filling layer 50, the coating layer 42, and the collector electrode 46. Furthermore, when the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the coating layer 40 is larger than the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the collector electrode 44, the effect of suppressing peeling becomes high. The same applies to the coating layer 42 and the collector electrode 46.
Abstract
一主面の一部を露出させて設けられたコーティング層４０，４２と、コーティング層４０，４２から露出する一主面上に設けられた集電極４４，４６と、を有する太陽電池２００と、コーティング層４０，４２及び集電極４４，４６上に配された充填層４８，５０と、を備え、集電極４４，４６の膜厚は、コーティング層４０，４２の膜厚より小さい、太陽電池モジュール３００とする。
Description
本発明は、太陽電池、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
近年、太陽光を電気エネルギーに変換することができる太陽電池が石油代替エネルギー源として使用されている。太陽電池には、単結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池、アモルファス型太陽電池等、又はこれらを組み合わせたものが挙げられる。
太陽電池では、発電された電力を外部に取り出すために、その表面及び裏面にフィンガーやバスバー等の集電極が設けられる。このような集電極は、一般的にはスクリーン印刷法によって形成されることが多いが、スクリーン印刷法には集電極の厚みを大きくし難い等の問題がある。
そこで、集電極をメッキ法で形成する電極形成方法が開示されている。例えば、図３に示すように、光電変換部１０上に透明電極層１２を形成し、さらに透明電極層１２上に開口部Ａを有する透光性絶縁層１４を設け、集電極１６を透光性絶縁層１４の開口部Ａを埋設して形成した太陽電池１００が開示されている（特許文献１）。
ところで、太陽電池は、受光面側の封止体と裏面側の封止体との間の充填層中に封止された太陽電池モジュールの形態で使用されることが多い。通常屋外で使用される太陽電池モジュールには、出力特性だけでなく信頼性も要求される。
本発明の１つの態様は、一主面の一部を露出させて設けられたコーティング層と、コーティング層から露出する一主面上に設けられた集電極と、を有する太陽電池と、コーティング層及び集電極上に配された充填層と、を備え、集電極の膜厚は、コーティング層の膜厚より小さい、太陽電池モジュールである。
本発明の別の態様は、一主面の一部を露出させて設けられたコーティング層と、コーティング層から露出する一主面上に設けられた集電極と、を有し、集電極の膜厚は、コーティング層の膜厚より小さい、太陽電池である。
本発明の別の態様は、一主面上にコーティング層を形成する第１の工程と、コーティング層をパターニングし、一主面の一部を露出させる第２の工程と、一主面の一部上を金属でめっきし、コーティング層より膜厚が小さい集電極を形成する第３の工程と、コーティング層と集電極とを充填層で被う第４の工程と、を備える、太陽電池モジュールの製造方法である。
本発明の別の態様は、一主面上にコーティング層を形成する第１の工程と、コーティング層をパターニングし、一主面の一部を露出させる第２の工程と、一主面の一部上を金属でめっきし、コーティング層より膜厚が小さい集電極を形成する第３の工程と、を備える、太陽電池の製造方法である。
本発明によれば、太陽電池モジュールの信頼性を向上させることができる。
本発明の実施の形態における太陽電池２００は、図１の断面図に示すように、基板３０、ｉ型非晶質層３２ｉ、ｐ型非晶質層３２ｐ、透明導電層３４、ｉ型非晶質層３６ｉ、ｎ型非晶質層３６ｎ、透明導電層３８、コーティング層４０，４２及び集電極４４，４６を含んで構成されている。ｉ型非晶質層３２ｉ、ｐ型非晶質層３２ｐ、ｉ型非晶質層３６ｉ及びｎ型非晶質層３６ｎは、結晶粒を含む微結晶構造を含んでいても良い。また、太陽電池モジュール３００は、太陽電池２００、充填層４８，５０及び封止体５２，５４を含んで構成される。
以下、太陽電池２００の製造方法を示しつつ、太陽電池２００の構造を説明する。
基板３０は、結晶系の半導体材料からなるウエハ状の板体である。基板３０は、ｎ型又はｐ型の導電型の結晶性半導体からなる基板とすることができる。基板３０は、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、砒化ガリウム基板（ＧａＡｓ）、インジウム燐基板（ＩｎＰ）等を適用することができる。基板３０は、入射された光を吸収することで、光電変換効果により電子及び正孔のキャリア対を発生させる。以下では、基板３０としてｎ型の単結晶シリコンからなる基板を用いた例を説明する。
基板３０には、まず洗浄等の前処理が施される。この前処理において、基板３０の少なくとも受光面にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成される。
ｉ型非晶質層３２ｉは、基板３０の一主面上に積層される。例えば、ｉ型非晶質層３２ｉは、真性のアモルファスのシリコン半導体層である。ｉ型非晶質層３２ｉは、水素を含んでいても良い。ｐ型非晶質層３２ｐは、ｉ型非晶質層３２ｉに積層される。例えば、ｐ型非晶質層３２ｐは、ｐ型の非晶質シリコン半導体層である。ｐ型非晶質層３２ｐは、水素を含んでいても良い。
i型非晶質層３２iは、ｐ型非晶質層３２ｐと基板３０との間の接合特性を改善するために、ｐ型非晶質層３２ｐと基板３０との間に挿入されている。このため、ｉ型非晶質層３２ｉの膜厚は、実質的に発電に寄与しない程度の厚み、例えば０．１ｎｍ以上２５ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みにされている。
ｉ型非晶質層３２ｉ及びｐ型非晶質層３２ｐは、プラズマ化学気相成長法等のＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等の成膜方法により形成することができる。
ｉ型非晶質層３６ｉは、基板３０の他主面上に積層される。例えば、ｉ型非晶質層３６ｉは、真性のアモルファスシリコン半導体層である。ｉ型非晶質層３６ｉは、水素を含んでいても良い。ｎ型非晶質層３６ｎは、ｉ型非晶質層３６ｉ上に積層される。例えば、ｎ型非晶質層３６ｎは、ｎ型のアモルファスシリコン半導体層である。ｎ型非晶質層３６ｎは、水素を含んでいても良い。
i型非晶質層３６iは、ｎ型非晶質層３６ｎと基板３０との間の接合特性を改善するために、ｎ型非晶質層３６ｎと基板３０との間に挿入されている。このため、ｉ型非晶質層３６ｉの膜厚は、実質的に発電に寄与しない程度の厚み、例えばｉ型非晶質層３２ｉと同様に、０．１ｎｍ以上２５ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚みにされている。
ｉ型非晶質層３６ｉ及びｎ型非晶質層３６ｎは、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の成膜方法により形成することができる。
透明導電層３４は、ｐ型非晶質層３２ｐ上に形成される。透明導電層３８は、ｎ型非晶質層３６ｎ上に形成される。透明導電層３４，３８は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、または酸化チタンなどの金属酸化物を少なくとも一つを含んで構成され、これらの金属酸化物に、錫、亜鉛、タングステン、アンチモン、チタン、セリウム、ガリウムなどのドーパントがドープされていてもよい。透明導電層３４，３８は、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の成膜方法により形成することができる。透明導電層３４，３８の膜厚は、透明導電層３４，３８の屈折率に対応して適宜調整され得る。
コーティング層４０は、透明導電層３４上に配され、コーティング層４２は、透明導電層３８上に配される。コーティング層４０，４２は、後述するように集電極４４，４６を電解メッキにより形成するために、絶縁性を有することが好ましいが、特にこれに限るものではない。コーティング層４０，４２は、加工性を考慮して光硬化性の樹脂とすることが好適である。例えば、エポキシ系やアクリレート系、オレフィン系の紫外線硬化性樹脂とする。コーティング層４０，４２は、単層構造であっても良いし、複数層の積層構造であっても良い。
集電極４４は、透明導電層３４上の導電層であり、集電極４６は、透明導電層２８上の導電層である。集電極４４，４６は、太陽電池２００で発生する電力をまんべんなく集電できるように、複数のフィンガー及びフィンガーを接続するバスバーを含む櫛形の構成とすることが好適である。集電極４４，４６は、導電性の高い金属層とすることが好ましく、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくとも１つを主成分として含むことが好ましい。
集電極４４は、コーティング層４０の開口部Ｂに埋設される。図１に示すように、集電極４４の膜厚は、その近傍にあるコーティング層４０の膜厚より薄くする。すなわち、集電極４４の最上部は、コーティング層４０の最上部から突出しない。例えば、集電極４４の膜厚は数１０μｍ程度とし、コーティング層４０の膜厚は集電極４４の膜厚より５μｍ以上厚くする。集電極４６及びコーティング層４２も同様とすることが好適である。
コーティング層４０，４２は、スピンコート法、スプレー法或いは印刷法等を用いて透明導電層３４，３８上に形成される。コーティング層４０，４２の膜厚は、樹脂材料を用いて形成する場合には、樹脂材料の粘度、或いは形成条件により調整することができる。例えば、スピンコート法を用いる場合、スピンコートの回転速度、回転数等の条件により調整することができる。コーティング層４０，４２は、図２の平面図に示すように、集電極の形状の開口部Ｂを有するように形成される。コーティング層４０，４２として光硬化性樹脂を用いることにより、フォトリソグラフィ技術を適用してコーティング層４０，４２をパターニングすることができる。開口部Ｂは、コーティング層４０，４２の下層である透明導電層３４，３８の一部が露出するように形成される。集電極４４，４６は、電解めっき法で形成することができる。パターニング後、透明導電層３４，３８に電圧を印加して、電解めっきにより集電極４４，４６を成膜する。集電極４４，４６の膜厚は、電解めっきの際の印加電圧、電流値及び成膜時間等の条件により調整することができる。
コーティング層４０の膜厚と集電極４４の膜厚との関係、及びコーティング層４２の膜厚と集電極４６の膜厚との関係は、電子顕微鏡を用いた断面観察によって確認することができる。例えば、断面ＳＥＭや断面ＴＥＭを用いてコーティング層４０，４２及び集電極４４，４６の膜厚の関係を同定することができる。
なお、本実施の形態では、集電極４４とコーティング層４０及び集電極４６とコーティング層４２との両方について上記条件を満たすものとしたが、少なくとも一方の組み合わせにおいて上記条件を満たすものとすればある程度の効果は得ることができる。
太陽電池２００の表裏面は封止体５２，５４により封止され、太陽電池モジュール３００とされる。コーティング層４０，４２及び集電極４４，４６上にはそれぞれ充填層４８，５０が配され、加熱下において封止体５２，５４を押し付けることによって封止される。充填層４８，５０は、ＥＶＡやＰＶＢ等の樹脂とすることが好適である。太陽電池２００の表面（受光面）側の封止体は、透光性を有するガラス板や樹脂シートとすることが好適である。また、太陽電池２００の裏面側の封止体は、透光性を有するガラス板や樹脂シート以外に、金属箔をサンドイッチしてなる樹脂フィルム等の遮光性の部材も用いることができる。尚、図示はしないが、太陽電池モジュール３００は、配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池を含む。配線材は、一般に集電極のバスバーに接続される。
このような構成とすることにより、コーティング層４０と充填層４８，コーティング層４２と充填層５０との剥離を抑制することができる。また、集電極４４と透明導電層３４、集電極４６と透明導電層３８との剥離を抑制することができる。また、集電極４４，４６の断線、特にフィンガーの断線を抑制することができる。
従来は集電極がコーティング層よりも突出した構造であったが、本実施の形態では集電極４４がコーティング層４０よりも凹んだ構造であり、集電極４６がコーティング層４２よりも凹んだ構造である。すなわち、開口部Ｂに、集電極４４の上面とコーティング層４０の側面とによって構成される凹み、および集電極４６の上面とコーティング層４２の側面とによって構成される凹みを有する。そして、充填層４８が、コーティング層４０の開口部Ｂの凹みに入り込み、充填層５０がコーティング層４２の開口部Ｂの凹みに入り込む。このため使用時に充填層４８，５０の熱膨張が生じても、コーティング層４０，４２の開口部Ｂの側面において充填層４８，５０の熱膨張が抑制される。この結果コーティング層４０と充填層４８との密着性およびコーティング層４２と充填層５０との密着性が高まり、コーティング層４０と充填層４８との剥離およびコーティング層４２と充填層５０との剥離が抑制される。
また、従来の構造ではコーティング層から突出した部分の集電極が、充填層の熱膨張の影響を受けやすい。特に、幅狭のフィンガーは、充填層の熱膨張の影響を受けやすく、下地層からの剥離や断線が生じる可能性がある。一方、本実施の形態では集電極４４，４６の太陽電池２００の主面と平行な方向の動きが、コーティング層４０，４２によって規制されている。このため、集電極４４と透明導電層３４との剥離および集電極４６と透明導電層３８との剥離を抑制することができる。また、集電極４４，４６の断線、特にフィンガーの断線を抑制することができる。
特に、充填層４８の熱膨張率（線膨張係数）がコーティング層４０及び集電極４４の熱膨張率（線膨張係数）よりも大きい場合に剥離抑制の効果が高くなる。また、充填層５０とコーティング層４２及び集電極４６についても同様のことが言える。さらに、コーティング層４０の熱膨張率（線膨張係数）が集電極４４の熱膨張率（線膨張係数）よりも大きい場合に剥離抑制の効果が高くなる。また、コーティング層４２と集電極４６についても同様のことが言える。
尚、本発明の適用範囲は実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、集電極の上面とコーティング層の側面とによって構成される凹みを有するものであれば良い。また、本発明は熱拡散により形成された結晶系太陽電池にも適用可能である。この場合、集電極およびコーティング層の下地は結晶系半導体層となる。また、本発明の適用範囲は結晶系太陽電池に限定されるものではなく、集電極を有する太陽電池であれば薄膜型等の他のタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。
１０ 光電変換部、１２ 透明電極層、１４ コーティング層、１６ 集電極、３０ 基板、３２ｉ ｉ型非晶質層、３２ｐ ｐ型非晶質層、３４，３８ 透明導電層、３６ｉ ｉ型非晶質層、３６ｎ ｎ型非晶質層、４０，４２ コーティング層、４４，４６ 集電極、４８，５０ 充填層、５２，５４ 封止体、１００，２００ 太陽電池、３００ 太陽電池モジュール。
Claims (7)
- 一主面の一部を露出させて設けられたコーティング層と、前記コーティング層から露出する前記一主面上に設けられた集電極と、を有する太陽電池と、
前記コーティング層及び前記集電極上に配された充填層と、
を備え、
前記集電極の膜厚は、前記コーティング層の膜厚より小さい、太陽電池モジュール。 - 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記集電極の上面と前記コーティング層の側面とによって構成される凹みを備え、
前記充填層は、前記凹みに入り込む、太陽電池モジュール。 - 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記集電極は、フィンガーを含み、
前記フィンガーの上面と前記コーティング層の側面とによって構成される凹みに、前記充填層が入り込む、太陽電池モジュール。 - 請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記集電極は、めっき金属層である、太陽電池モジュール。 - 一主面の一部を露出させて設けられたコーティング層と、前記コーティング層から露出する前記一主面上に設けられた集電極と、を有し、
前記集電極の膜厚は、前記コーティング層の膜厚より小さい、太陽電池。 - 一主面上にコーティング層を形成する第１の工程と、
前記コーティング層をパターニングし、前記一主面の一部を露出させる第２の工程と、
前記一主面の一部上を金属でめっきし、前記コーティング層より膜厚が小さい集電極を形成する第３の工程と、
前記コーティング層と前記集電極とを充填層で被う第４の工程と、
を備える、太陽電池モジュールの製造方法。 - 一主面上にコーティング層を形成する第１の工程と、
前記コーティング層をパターニングし、前記一主面の一部を露出させる第２の工程と、
前記一主面の一部上を金属でめっきし、前記コーティング層より膜厚が小さい集電極を形成する第３の工程と、
を備える、太陽電池の製造方法。
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2011/071629 WO2013042242A1 (ja) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 太陽電池、太陽電池モジュール及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| WO2013042242A1 true WO2013042242A1 (ja) | 2013-03-28 |
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ID=47914051
Family Applications (1)
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| PCT/JP2011/071629 WO2013042242A1 (ja) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 太陽電池、太陽電池モジュール及びその製造方法 |
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Citations (4)
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| JP2000058885A (ja) * | 1998-08-03 | 2000-02-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 太陽電池及びその製造方法 |
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| JP2010093188A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Sharp Corp | 光電変換素子、光電変換素子接続体および光電変換モジュール |
-
2011
- 2011-09-22 WO PCT/JP2011/071629 patent/WO2013042242A1/ja active Application Filing
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