JP2001168357A - 薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法Info
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Abstract
の発電能力以外の、意匠性、機能性等を改善すること。 【解決手段】 ガラス等の透光性基板全面に成膜作製し
た集積型薄膜太陽電池に、パターンマスクを使ったレー
ザ光照射や、パターンを記憶したコンピュータ等による
レーザ光照射のON/OFF制御等によって、集積型薄
膜太陽電池の任意の位置に、特定の意匠、文字、記号、
図等の形状をした、透光性を有する開口部(スリット)
を設けることで、製造工程の複雑化を招くことなく、意
匠性、機能性に優れた集積型薄膜太陽電池モジュールを
作製する。
Description
ュール及びその製造方法に関するものであり、特に、住
宅用太陽光発電システムを始め、各種民生用等の大面積
化する薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関す
るものである。
としては、例えばガラス等の絶縁性基板上に、透明電極
層、単層もしくは複数層からなるpin構造非晶質半導
体の光電変換層、透明電極層、裏面金属電極層を、スパ
ッタ、CVD等の方法によって、順次成膜していくこと
で製造されるが、ここで、透明電極材としては、Zn
O、SnO2、ITO等が、金属電極材としては、A
g、Al等が主に使われる。そして、大面積の薄膜太陽
電池モジュールを作製する場合には、前記各層を形成す
る際に、マスクを用いた成膜、または、全面成膜後に、
エッチング、レーザスクライブ等の手段によってパター
ニングを施し、分割された個々の薄膜太陽電池が、透明
電極層、金属電極層を介して直列接続される集積型構造
が採用されている。
観点から各種エネルギー利用の見直しが図られ、特に太
陽エネルギーを利用する太陽電池においては、クリーン
なエネルギー供給源の代表として期待されており、住宅
用太陽光発電システムを始め、各種民生用太陽電池発電
利用関連商品の普及促進が始まっている。
ネルギー変換効率が低く、必要なエネルギー量を得るた
めには設置面積の拡大で補うことが必要であるが、従来
の大面積化薄膜太陽電池モジュールでは、その発電能力
以外の機能面においては、単なる平らな略一定色の板形
状であるため意匠性及び色彩性にも乏しく、また、設置
された裏面すなわちその後方域は太陽光が遮られて暗い
場所となり、利用価値のない大面積の空間が生じるとい
う機能性の貧弱さから、自ずとその設置場所が限られて
くることが、普及を図るうえで問題となっていた。
に透光性を持たせることが、該モジュールを設置した後
方への採光性等の機能性の付加ということで期待されて
おり、分割された個々の薄膜太陽電池が、透明電極層、
金属電極層を介して直列接続される集積型構造の大面積
化薄膜太陽電池モジュールにおいて、該モジュールに透
光性を持たせる機能を付加する簡単な方法として、複数
の金属刃を備えるホールカッタ装置による機械的な方法
で、集積型構造となっている各単位個々の薄膜太陽電池
としての積層体のすべてを貫通する複数の小孔を設ける
ことが、特開平5−283724号公報にて提案されて
いる。
いる個々の薄膜太陽電池が直列接続される電気的接続部
に短絡等の悪影響を与えることがないように、この部分
を除いて複数の小孔を形成しなければならず、このため
モジュールを構成する各単位薄膜太陽電池毎に単なる透
光性を持たせることのみで、大面積化薄膜太陽電池モジ
ュール全体としての意匠性及び色彩性等を考慮したもの
ではなかった。
透明電極層、金属電極層を介して直列接続される集積型
構造の大面積化薄膜太陽電池モジュールに透光性を持た
せる前記と別な構造及び方法として、絶縁透光性基板
と、透明導電膜と、非晶質シリコン系半導体からなる光
電変換膜と、裏面電極膜とを含み、絶縁透光性基板上で
複数の発電領域に分割されて直列接続された集積型構造
の大面積化薄膜太陽電池モジュールの製造工程上におい
て、裏面電極膜上に積層されたレジスト膜と、該レジス
ト膜、裏面電極膜及び光電変換膜を貫通して略同一形状
にパターニングされた裏面電極膜分離ラインの形成時と
同時に、分割された個々の発電領域内のレジスト膜、裏
面電極膜及び光電変換膜を、部分的に前記パターニング
と同方向に除去して透光性開口部を形成する方法が、本
件特許出願人の先願(特願平11−273762)とし
て提案している。
の作製時と同時に透光性開口部を形成するという簡便な
方法でありながら、やはり、モジュールを構成する各単
位薄膜太陽電池毎に単なる透光性を持たせることのみ
で、大面積化薄膜太陽電池モジュール全体としての意匠
性及び色彩性等を考慮したものではなかった。
び色彩性を考慮したものとして、特開昭63−2139
77号公報には、透光性絶縁基板上に、透光性の第一の
電極層とアモルファス半導体層と第二の電極層とを順次
積層せしめたアモルファス太陽電池において、前記透光
性絶縁基板とアモルファス半導体層との間に、更に、任
意の文字、記号、図形等にパターン形成された透光性絶
縁物を設け、前記透光性絶縁物によって太陽電池として
の各単位受光面毎に前記任意の文字、記号、図形等の意
匠を描写したことを特徴とするアモルファス太陽電池が
提案されている。
ジュールを構成する各単位薄膜太陽電池毎に単なる小さ
な意匠性を持たせることのみで、大面積化薄膜太陽電池
モジュール全体としての意匠性及び色彩性等を考慮した
ものではなかった。
解決し、住宅用太陽光発電システムを始め、特に、大面
積化する各種民生用等の薄膜太陽電池モジュールに、該
モジュール全体としての意匠性、色彩性及び透光性等の
優れた機能性を付与する簡便な製造方法と、それによっ
て作成された高機能性の大面積化薄膜太陽電池モジュー
ルを提供することにある。
に本発明は、透光性絶縁基板、透明導電膜、単層もしく
は複数層からなる光電変換層、裏面電極層を有し、前記
透光性絶縁基板上で複数の発電領域に分割された各単位
薄膜太陽電池から構成された集積型薄膜太陽電池モジュ
ールにおいて、集積された薄膜太陽電池の任意の位置
に、透光性を有する開口部(スリット)を設けることに
よって、集積型大面積化薄膜太陽電池モジュールに、該
モジュール全体としての意匠性、色彩性及び透光性等の
優れた機能性を付与する。
膜太陽電池の任意の位置に設けられる透光性を有する開
口部(スリット)は、連続的または或る程度間隔を置い
て形成され、それらのスリットが全体として、集積型大
面積化薄膜太陽電池モジュール上に配置された任意の意
匠、文字、記号、図の形状に形成されていると良い。
口部(スリット)は、レーザ光を、任意の意匠、文字、
記号、図の形状を配置したパターンマスク上から集積さ
れた薄膜太陽電池に照射することによって、簡単に形成
することができる。
OFF制御して集積された薄膜太陽電池に照射すること
で、前記透光性を有する開口部(スリット)を、任意の
意匠、文字、記号、図の形状に形成することもできる。
ッタを設置し、該シャッタを任意に開/閉制御してレー
ザ光を集積された薄膜太陽電池に照射することで、前記
透光性を有する開口部(スリット)を、任意の意匠、文
字、記号、図の形状に形成することもできる。
体としての意匠性、色彩性及び透光性等の優れた機能性
を付与された集積型大面積化薄膜太陽電池モジュールを
封入して完成させる際には、該封入(ラミネート)工程
中でシート状充填材料として供給され、熔融して架橋硬
化成型後透明になるEVA(Ethylene Vinyl Ac-etat
e)等の透光性樹脂を使用することがよい。
ール全体としての意匠性、色彩性及び透光性等の優れた
機能性を付与された集積型大面積化薄膜太陽電池モジュ
ールを簡単に製造することができる。
ル全体としての意匠性、色彩性及び透光性等の優れた機
能性を付与された集積型大面積化薄膜太陽電池モジュー
ルを封入して完成させる際に、裏面封止材料として、ガ
ラス、弗素樹脂フィルム等の、色彩のない透光性材料を
用いることがよい。
ール全体としての意匠性、色彩性及び透光性等の優れた
機能性を付与する際に、特に、透光性を重視した集積型
大面積化薄膜太陽電池モジュールを提供することができ
る。
ール全体としての意匠性、色彩性及び透光性等の優れた
機能性を付与された集積型大面積化薄膜太陽電池モジュ
ールを封入して完成させる際に、裏面封止材料として、
任意の着色または天然色彩を有する透光性材料を用いる
ことがよい。
ール全体としての意匠性、色彩性及び透光性等の優れた
機能性を付与する際に、特に、ステンドガラスと称され
ているものに観るように、透光性を有しながら、意匠性
及び色彩性を重視した集積型大面積化薄膜太陽電池モジ
ュールを提供することができる。
ての意匠性、色彩性及び透光性等の優れた機能性を付与
された集積型大面積化薄膜太陽電池モジュールを封入し
て完成させる際に、裏面封止材料として、任意の着色ま
たは天然色彩を有する不透光性材料(不透明な材料)を
用いることもできる。
ル自体としての透光性はなくなるが、該モジュールを屋
外の壁面に、または、独立して設置した場合に、例えば
広告パネルとしても利用できるような、意匠性及び色彩
性を重視した集積型大面積化薄膜太陽電池モジュールを
提供することができる。
を参照しながら説明する。
ールの一例を示す概略図であり、図2は、図1における
A−A矢示部の断面概略図である。
膜太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明する。本
例においては、基板1としてガラスを用いるものとする
が、該基板1は、耐熱性、透光性を有するフイルム状基
板であってもかまわない。
透明電極層2、3、4となる例えばSnO2を全面に成
膜した後、該SnO2膜に良く吸収される、例えばYA
G基本波レーザ光等を用い、該レーザ光をガラス基板1
側から照射して該SnO2膜を短冊状に分割し、集積の
基礎となるパターニングされた透明電極層2、3、4を
形成する。ここでは、透明電極層2、3、4の材料とし
てSnO2を用いたが、ZnO、ITO等でもかまわな
い。また、YAG基本波レーザをパターニングに用いた
が、該レーザ以外であってもかまわない。
ガラス基板1を純水で洗浄し、該透明電極層2、3、4
の上に、光電変換層5、6、7となる例えばアモルファ
スシリコンを、プラズマCVD法等でp型、i型、n型
の順に積層させ、そして、該アモルファスシリコンをレ
ーザ光を用いて短冊状に分割し、先に形成されている透
明電極層2、3、4と同様な表面形状の光電変換層5、
6、7となるようにパターニングするが、この際、先に
形成されている透明電極層2、3、4の損傷を避けるた
め、波長選択性のある、例えばYAG−SHGレーザ光
等を用いてガラス基板1側から照射してパターニングす
る。ここで、光電変換層5、6、7となるアモルファス
シリコンは、pin構造の1層積層としているが、該p
in構造を2層、もしくは3層積層としてもかまわな
い。また、光電変換層5、6、7の形成パターニングに
YAG−SHGレーザを用いたが、透明電極層2、3、
4に損傷を与えず、アモルファスシリコンに良く吸収さ
れる波長選択性のあるレーザであれば、YAG−SHG
レーザ以外であってもかまわない。
電極層8、9、10となる透明導電膜及び金属膜を、こ
の順にスパッタ法等で成膜するが、透明導電膜の材料と
しては前述したSnO2、ZnO、ITO等が用いら
れ、金属膜の材料としては、反射率の高い、例えばAg
やAl等が用いられる。但し、透明導電膜の成膜は割愛
してもかまわない。そして、該成膜後、裏面電極層8、
9、10を形成するためにパターニングを行うが、この
パターニング時にも、アモルファスシリコンと金属膜に
良く吸収される、波長選択性のあるYAG−SHGレー
ザを用いて行い、ガラス基板1側から該レーザを照射し
て、短冊状に分割された裏面電極層8、9、10を得
る。なお、該パターニング時において、アモルファスシ
リコンと金属膜との間にサンドイッチされた透明導電膜
が成膜してあっても、YAG−SHGレーザの照射によ
ってアモルファスシリコンと金属膜の両方が蒸発除去さ
れるので、その間にある透明導電膜も必然的に支持部を
失って除去され、短冊状に分割された裏面電極層8、
9、10を得ることができる。
板であるガラス基板、透明導電膜すなわち透明電極層、
単層もしくは複数層からなる光電変換層、裏面電極層を
有し、前記透光性絶縁基板上で複数の略同一形状の短冊
状発電領域に分割された各単位薄膜太陽電池から構成さ
れ、該単位薄膜太陽電池が直列接続された集積型薄膜太
陽電池を得る。
置に、任意の意匠、文字、記号、図の形状をした、透光
性を有する開口部(スリット)を設けるために、図3に
示すような、任意の意匠、文字、記号、図の形状を配置
したパターンマスク11を用意する。該マスクはYAG
−SHGレーザ光を透過しない、例えばステンレス、鉄
等のような材料で作っておく。
池のガラス基板1側に設置し、図4のように、該マスク
を介してガラス基板1側からYAG−SHGレーザ光
(las-er beam)を走査させると、前述の裏面電極層
8、9、10形成時のパターニングと同様に、パターン
マスク11の任意の意匠、文字、記号、図の形状に配置
した開口部から照射されたYAG−SHGレーザ光(la
ser beam)が、前記集積型薄膜太陽電池に、図1に示す
ような、任意の意匠、文字、記号、図の形状をした透光
性を有する開口部(スリット)12が形成される。該ス
リット12の面積は任意であるが、集積型薄膜太陽電池
の発電能力をあまり犠牲にしないように、前記集積型薄
膜太陽電池の集積面積の1/5から1/20程度である
のが望ましい。
集積型薄膜太陽電池の任意の位置に、任意の意匠、文
字、記号、図の形状をした、透光性を有する開口部(ス
リット)12を形成するために、パターンマスク11を
用いたYAG−SHGレーザ光(laser beam)での加工
を採用したが、該開口部(スリット)12の形成はマス
クを用いる方法に限られるものではない。パターンマス
ク11を用いない方法として、例えば図5に示すよう
に、YAG−SHGレーザ光(laser beam)出射装置を
X軸Y軸の2次限方向に走査させながら、任意の意匠、
文字、記号、図の形状を記憶したコンピュータ等によ
り、該レーザ光を出射する発振器の発振をON/OFF
制御することにより、任意の意匠、文字、記号、図の形
状をした、透光性を有する開口部(スリット)12を形
成することができる。また、レーザ光の出射をON/O
FF制御する代わりに、該レーザ光の光路にシャッタ装
置を設置し、該シャッタ装置を前記コンピュータ等によ
り開/閉制御することによっても、任意の意匠、文字、
記号、図の形状をした、透光性を有する開口部(スリッ
ト)12を形成することができる。これらの、パターン
マスク11を用いない加工方法採用すれば、前述した短
冊状に分割された裏面電極層8、9、10の形成と、任
意の意匠、文字、記号、図の形状をした、透光性を有す
る開口部(スリット)12の形成とを、一つの工程で同
時に行うことができるという利点もある。また、前記加
工にYAG−SHGレーザを用いたが、透明電極層2、
3、4に損傷を与えず、アモルファスシリコンと金属膜
に良く吸収される波長選択性のあるレーザであれば、Y
AG−SHGレーザ以外であってもかまわない。
陽電池をモジュールにする際には、透光性絶縁基板であ
るガラス基板1側から入射した太陽光の一部が、任意の
意匠、文字、記号、図の形状をした、透光性を有する開
口部(スリット)12を介して集積型薄膜太陽電池の裏
側から見えるように、また耐候性を高めるために、EV
A(Ethylene Vinyl Acetate)等の透光性樹脂13と、
ガラス、弗素樹脂フィルム等の、色彩のない透光性裏面
封止材料14とを用い、ラミネート封入による防湿処理
仕上げをすると良い。
を透過せしめる集積型薄膜太陽電池モジュールは、従来
の集積型薄膜太陽電池モジュールの製造方法と比較して
製造工程の複雑化を招くこともなく製造することが可能
であり、大幅なコストアップなしに、意匠性、透光性等
の優れた機能性を有する集積型薄膜太陽電池モジュール
を作製することができる。
集積型薄膜太陽電池モジュールの性能一例としての、I
V特性を図6に示す。
て、AM1.5(100mW/cm2)の条件において、
短絡電流0.156A、開放電圧15.1V、曲線因子
0.688、最大出力1.61Wという良好な結果が得ら
れた。
電池モジュール及びその製造方法によれば、特に、大面
積化される集積型薄膜太陽電池モジュールにおいて、製
造工程の複雑化を招くことなく、大幅なコストアップな
しに、特定の意匠、文字、記号、図形等を有した、意匠
性、透光性等の優れた機能性の付加された集積型薄膜太
陽電池モジュールを得ることができる。
薄膜太陽電池をモジュールにする際に、本発明の材料1
5を採用し、図7に示すように重ね合わせてラミネート
封入する製造方法によれば、色彩を有した特定の意匠、
文字、記号、図形等が、図8に示すように透けて見え
る、例えばステンドガラスと称されているものに観るよ
うな、意匠性及び色彩性に優れた集積型薄膜太陽電池モ
ジュールを得ることができる。
薄膜太陽電池をモジュールにする際に、本発明の材料を
採用する製造方法によれば、集積型薄膜太陽電池モジュ
ール自体としての透光性はないが、該モジュールを屋外
の壁面に、または、独立して設置した場合に、例えば広
告パネルにもできるような、意匠性及び色彩性を重視し
た集積型薄膜太陽電池モジュールを得ることができる。
ジュールの概略図である。
−A矢示部の断面概略図である。
の概要を示す図である。
ジュール製造時のレーザ光照射工程における概要図であ
る。
ジュール製造時のレーザ光照射工程における別の方法を
示す概要図である。
ジュールの性能一例としてのIV特性図である。
太陽電池モジュールの製造工程概要図である。
太陽電池モジュールの該略図である。
止材料 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (9)
- 【請求項1】 透光性絶縁基板、透明導電膜、単層もし
くは複数層からなる光電変換層、裏面電極層を有し、前
記透光性絶縁基板上で複数の発電領域に分割された各単
位薄膜太陽電池から構成された集積型薄膜太陽電池モジ
ュールにおいて、集積された薄膜太陽電池の任意の位置
に、透光性を有する開口部(スリット)を設けたことを
特徴とする薄膜太陽電池モジュール。 - 【請求項2】 請求項1に記載の薄膜太陽電池モジュー
ルにおいて、集積された薄膜太陽電池の任意の位置に設
けられる透光性を有する開口部(スリット)は、連続的
または或る程度間隔を置いて形成され、それらのスリッ
トが全体として、該薄膜太陽電池モジュール上に配置さ
れた任意の意匠、文字、記号、図の形状に形成されてい
ることを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。 - 【請求項3】 請求項2に記載の薄膜太陽電池モジュー
ルにおいて、透光性を有する開口部(スリット)は、レ
ーザ光を、任意の意匠、文字、記号、図の形状を配置し
たパターンマスク上から集積された薄膜太陽電池に照射
することによって、形成されることを特徴とする薄膜太
陽電池モジュールの製造方法。 - 【請求項4】 請求項2に記載の薄膜太陽電池モジュー
ルにおいて、レーザ光を任意にON/OFF制御して集
積された薄膜太陽電池に照射することで、透光性を有す
る開口部(スリット)を任意の意匠、文字、記号、図の
形状に形成することを特徴とする薄膜太陽電池モジュー
ルの製造方法。 - 【請求項5】 請求項2に記載の薄膜太陽電池モジュー
ルにおいて、レーザ光の光路にシャッタを設置し、該シ
ャッタを任意に開/閉制御してレーザ光を集積された薄
膜太陽電池に照射することで、透光性を有する開口部
(スリット)を任意の意匠、文字、記号、図の形状に形
成することを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造
方法。 - 【請求項6】 請求項1または2に記載の薄膜太陽電池
モジュールを封入する際に、EVA(Ethylene
Vinyl Acetate)等の透光性を有する樹
脂を用いることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの
製造方法。 - 【請求項7】 請求項1または2に記載の薄膜太陽電池
モジュールを封入する際に、裏面封止材料として、ガラ
ス、弗素樹脂フィルム等の、色彩のない透光性材料を用
いることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方
法。 - 【請求項8】 請求項1または2に記載の薄膜太陽電池
モジュールを封入する際に、裏面封止材料として、任意
の着色または天然色彩を有する透光性材料を用いること
を特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 【請求項9】 請求項1または2に記載の薄膜太陽電池
モジュールを封入する際に、裏面封止材料として、任意
の着色または天然色彩を有する不透光性材料(不透明な
材料)を用いることを特徴とする薄膜太陽電池モジュー
ルの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34855199A JP2001168357A (ja) | 1999-12-08 | 1999-12-08 | 薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法 |
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