JP2007165531A - 太陽電池及び太陽電池製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明基板2と、前記透明基板2上に、前記透明基板2よりも狭い広さで設けられた太陽電池素子3と、前記透明基板2上に設けられ、撥水効果を有する撥水部4と、前記太陽電池素子3及び前記撥水部4を被覆する保護材5と、を具備し、前記撥水部4は、前記太陽電池素子3の端部と前記保護材5の端部との間の少なくとも一部に設けられていること。
【選択図】図2
Description
端部絶縁溝(7)は、太陽電池セル(6)の内側部分である主発電セル(61)と、外側部分である絶縁セル(62)との間を絶縁する。
太陽電池素子形成ステップ(S0)の後に、透明基板(2)上に撥水剤を塗布して撥水部(4)を形成する撥水部形成ステップ(ステップS20)と、太陽電池素子(3)及び撥水部(4)を被覆する保護材(5)を設けるステップ(ステップS30)と、を備え、撥水部形成ステップ(S10)において、その撥水剤は太陽電池素子(3)の端部と保護材(5)の端部が配置される予定位置との間の少なくとも一部に塗布される。
太陽電池素子形成ステップ(S10)において、太陽電池素子(3)は矩形状に形成され、撥水部形成ステップ(S20)において、その撥水剤は太陽電池素子(3)の角部(31)と保護材(5)の端部が配置される予定位置との間に塗布される。
透明基板(2)上の全面に、複数の短冊状の太陽電池セル(6)を平行且つ長辺同士が隣り合うように形成するステップ(ステップS11)と、各太陽電池セル(6)の短辺によって形成される辺の近傍に、その短辺と平行に設けられて各太陽電池セル(6)の内側と外側とを絶縁する端部絶縁溝(7)を形成するステップ(ステップS12)と、透明基板(2)の周縁部に形成された太陽電池素子(3)を除去するステップ(ステップS13)と、を有する。
透明基板(2)上に、複数の短冊状の太陽電池セル(6)を、平行且つ長辺同士が隣り合うように形成させるステップ(ステップS41)と、各太陽電池セル(6)の短辺によって形成される辺の近傍に、その短辺と平行に設けられて各太陽電池セル(6)の内側と外側とを絶縁する端部絶縁溝(7)を形成するステップ(ステップS42)と、を有する。
本実施の形態に係る太陽電池1は、透明基板2、太陽電池素子3、撥水部4、保護材5、バックシート8、及び集電用銅箔を備えている。図2は、透明基板2上に設けられた太陽電池素子3、撥水部4の配置を説明する図である。太陽電池素子3や撥水部4は、実際には保護材5やバックシート8により被覆されているので見えないが、説明のために透視させて示している。尚、本実施の形態においては、太陽電池素子3にアモルファスシリコン型太陽電池を用いた場合における各構成について、以下に詳述する。
続いて、本実施の形態に係る太陽電池1の製造方法について説明する。図5は本実施の形態に係る太陽電池製造方法のフローチャートを示す。本実施の形態に係る太陽電池1の製造方法は、太陽電池素子を形成するステップ(ステップS10)、撥水部を形成するステップ(ステップS20)、及び保護材を形成するステップ(ステップS30)を備えている。各ステップの詳細について、以下に詳述する。
まず、ステップ10において、透明基板2上に太陽電池素子3が形成される。太陽電池素子を形成するステップ(S10)は、短冊状の複数の太陽電池セルを形成するステップ(ステップS11)、端部絶縁溝を形成するステップ(ステップS12)、及び外周部の太陽電池素子3を除去するステップ(ステップS13)を有している。以下に、各ステップにおける動作を説明する。尚、図7及び図8は、太陽電池パネルの製造方法の実施形態を説明する概略図である。
(1)図7(a)
透明基板2として、ソーダフロートガラス基板(1.4m×1.1m×板厚:4mm)を使用する。基板端面は破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
(2)図7(b)
透明基板2の片面に、透明導電層13として酸化錫膜(SnO2)を主成分とする透明電極膜を約500〜800nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。この際、透明電極膜の表面は適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層13として、透明電極膜に加えて、透明基板2と透明電極膜との間にアルカリバリア膜(図示されず)を形成してもいい。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜(SiO2)を50〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
(3)図7(c)
その後、透明基板2をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第一高調波(1064nm)を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から入射する。パルス発振:5〜20kHzとして加工速度が適切になるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を太陽電池セルの直列接続方向に対して垂直な方向(図中、X方向)へ溝16が伸びるように、幅約6〜10nmの短冊状にレーザーエッチングする。
(4)図7(d)
プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:30〜150Pa、約200℃にて光電変換層14としてのアモルファスシリコン薄膜からなるp層膜/i層膜/n層膜を順次製膜する。光電変換層14は、SiH4ガスとH2ガスとを主原料に、透明銅電層13の上に製膜される。太陽光の入射する側からp層、i層、n層がこの順に積層される。光電変換層14は本実施の形態では、p層:BドープしたアモルファスSiCを主とし膜厚10〜30nm、i層:アモルファスSiを主とし膜厚250〜350nm、n層:pドープした微結晶Siを主とし膜厚30〜50nmである。またp層膜とi層膜の間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けてもよい。
(5)図7(e)
透明基板2をX―Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、光電変換層14の膜面側から入射する。パルス発振:10〜20kHzとして加工速度が適切になるようにレーザーパワーを調整して、溝16の約100〜150μmの横側を、光電変換層14が除去された溝17を形成するようにレーザーエッチングする。
(6)図8(a)
裏面電極層15として、Ag膜/Ti膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約150℃にて順次製膜する。裏面電極層15は本実施形態では、Ag膜:200〜500nm、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10〜20nmをこの順に積層する。n層と裏面電極層4との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層14と裏面電極層15との間にGZO(GaドープZnO膜)を膜厚:50〜100nm、スパッタリング装置により製膜して設けてもよい。
(7)図8(b)
透明基板2をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、透明基板2側から入射することで、レーザー光が光電変換層14で吸収され、この時発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層15が爆裂して除去される。パルス発振:1〜10kHzとして、加工速度が適切となるようにレーザーパワーを調整して、溝17の約250μm〜400μmの横側を、X方向に伸びるようにレーザーエッチングする。これにより、X方向に伸び、光電変換層14及び裏面電極層15が除去された分離溝18が形成される。
図9は、膜面側から透明基板2を見た図である。透明基板2の端周辺の膜端部において、レーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。透明基板2をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、透明基板2側から入射させることで、レーザー光が透明導電層2と光電変換層14で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層15が爆裂して除去される。即ち、透明導電層2、光電変換層14、及び裏面電極層15が除去された端部絶縁溝7が形成される。パルス発振:1〜10kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明基板2のX方向側端部から5〜10mmの位置を、X方向に平行な端部絶縁溝7を形成するようにレーザーエッチングする。このとき、Y方向には絶縁溝は設けない。端部絶縁溝17は、透明基板2の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させる。エッチングの終了はレーザー光の停止でもよいが、簡易的には透明基板2の非レーザーエッチング領域に金属製のマスキング板を設置することで対応が可能である。この透明基板2の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させることにより、透明基板2の端部から内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈する。
後工程のEVAなどを介したバックシートとの健在な接着面を確保するために、透明基板2の外周部(図9中、周辺領域19)の太陽電池素子3は、段差があるとともに剥離し易いために除去される。透明基板2の端から5〜15mmで、前述の端部絶縁溝17よりも透明基板2の端側における裏面電極層15/光電変換層14/透明導電層13において、研磨除去を行う。なお、研磨屑や砥粒は、透明基板2を洗浄処理して除去される。
続いて、太陽電池素子3が形成された透明基板2上の所定の位置に、撥水材が塗布される。撥水材が塗布される位置は既述の撥水部4を設ける位置である。撥水材としては、「ノベックEGC;商品名、住友3M社 製」、シリコーン系ワックス、シリコーン系ポリマー、CH3Si(OCH3)3に例示される有機シランカップリング処理剤、CH17H35COO)3Ti(OC3H7)に例示される有機チタンカップリング処理剤等を用いることができる。撥水材を塗布した後に乾燥させて、撥水部4が形成される。尚、撥水材を透明基板2上で所定の位置(選択的な位置)に塗布する方法としては、ロボットに保持された注射針等の細管から塗布材を所定の位置に射出する方法がある。塗布された撥水材は、毛細管現象により所望の発電膜端部に浸透して、膜を形成する。
続いて、端子箱を取りつける部分において、バックシートに開口貫通窓を設けて集電板を取り出す。この開口貫通窓部分には、絶縁材を複数層設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。直列に並んだ一方端の太陽電池セル6と、他方端部の太陽電池セル6とから銅箔を用いて集電して、太陽電池パネルの裏側から電力が取り出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートで被覆する。集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池素子3及び撥水部4を被覆し、且つ、透明基板2からはみ出さないようにEVAによる保護材シートを配置する。EVAの上に、防水効果の高いバックシートを配置する。バックシートは本実施の形態では防水防湿効果が高いPETシート/AL箔/PETシートの3層構造よりなる。バックシートまでを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気化で内部の脱気を行った状態で約150〜160℃でプレスしながら、EVAを架橋させて密着させる。これにより、保護材5及びバックシートが形成された太陽電池モジュール24が作成される。
ラミネートされた太陽電池パネルの出力端子と、基板端面やバックシートなど導電部分との間にDC:1000V負荷を印加して抵抗値≧100MΩになることを確認する。
(2)耐電圧検査:
ラミネートされた太陽電池パネルの出力端子と基板端面やバックシートなど導電部分との間にDC:3800V(または2200V)を1分間かけて、絶縁破壊がないことを確認する。
(3)高温高湿試験:
製造方法の変更を実施したことによる、構造と製造条件が適切であることの最終確認には、屋外での過酷条件を模擬して、JISC8938に従い、20時間光暴露で予め性能を安定させた後に、高温高湿条件:温度85℃、湿度:85%、評価時間1000時間で性能に変化ないことを確認する。(外観変化が無く、初期性能値の95%以上を確保し、性能に変化ないことを確認する。)
本実施の形態に依れば、撥水部4を設けることにより、EVAシート内に浸入した水がEVAシートと透明基板2との界面において結露した場合においても、撥水部4において撥水されるので、外部と連続した膜とならず断続化される。よって、「大地−インバータ−太陽電池素子3−界面で結露した水−外部(フレーム嵌合部に溜まった水)−フレーム−大地」という閉じた回路が形成されない。したがって、太陽光発電により大地と太陽電池素子3との間に電圧差が生じたとしても、太陽電池素子3から外部(大地)へは地絡電流が流れないので、太陽電池素子3の腐食促進が抑制される。
本発明の第2の実施形態について説明する。本実施の形態に係る太陽電池は、第1の実施形態に係る太陽電池に対して、撥水部4の位置と、太陽電池製造方法が工夫されている。第1の実施形態と同様である構成、製造方法の箇所については説明が省略される。
図11は、本実施の形態に係る太陽電池1を、非受光面側から見た図である。第1の実施形態同様に、太陽電池素子は、透明基板2上に複数の短冊状の太陽電池セル6がY方向に直列に接続して形成されている。また、太陽電池素子6のX方向側端部の近傍には、Y方向に伸びる端部絶縁溝7が形成されている。さらに、太陽電池素子6を覆うようにして保護材5が透明基板2上に配置されている。撥水部4は、端部絶縁溝7の全体を埋めるように設けられている。
図6は、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態に係る太陽電池製造方法は、太陽電池素子を全面に形成するステップ(ステップS40)、撥水部形成ステップ(ステップS50)、周縁部の太陽電池素子を除去するステップ(ステップS60)、保護材を形成するステップ(ステップS70)を備えている。以下に各ステップの処理を詳述する。
まず、透明基板2の片面(非受光面)全面に太陽電池素子3が形成される。太陽電池素子が形成される。太陽電池素子の形成は、複数の短冊状の太陽電池セルを形成するステップ(ステップS41)と、端部絶縁溝7を形成するステップ(ステップS42)と、を有している。
第1の実施形態におけるステップS11と同様に、透明基板2の全面に太陽電池素子3が形成される。太陽電池素子3は、X方向に長辺を有する短冊状の太陽電池セル6が、複数個、Y方向に直列に接続されている。
第1の実施形態におけるステップS12と同様に、短冊状の太陽電池セルの短辺方向に平行な端部絶縁溝7が形成される。
続いて、撥水材が、基板全面に塗布され、乾燥される。塗布された撥水材は主として端部絶縁溝7に入り込み、端部絶縁溝7の全体を埋めるように撥水部4が形成される。
続いて、透明基板2の周縁部が除去される。周縁部の除去方法は、第1の実施形態におけるステップS13と同様である。
続いて、第1の実施形態におけるステップS30以下と同様の方法により、保護材5、バックシートが配置された太陽電池モジュール24が形成される。さらに、端子箱やフレーム等が取りつけられて太陽電池パネル50が作成される。
本実施の形態に依れば、撥水材を塗布するステップにおいて、基板の全面に塗布すればよく、位置を選択する必要が無い。よって、撥水材の塗布位置を選択する工程が省略される。更に、端部絶縁溝7に結露した水が、連続した膜を形成することが防止される。よって、太陽電池素子6と外部とが電気的に接続されることが防止され、地絡電流の発生を抑制することが可能である。
2 透明基板
3 太陽電池素子
31 太陽電池素子の角部
4 撥水部
5 保護材
6 太陽電池セル
61 主発電セル
611 主発電セル端部
62 絶縁セル
621 外側端部
622 絶縁セル内側端部
7 端部絶縁溝
8 バックシート
9 集電用銅箔
10 出力ケーブル
11 端子箱
12 インバータ
13 透明電極膜
14 光電変換層
15 裏面電極層
16 溝
17 溝
18 分離溝
19 周辺領域
24 太陽電池モジュール
50 太陽電池パネル
Claims (19)
- 透明基板と、
前記透明基板上に、前記透明基板よりも狭い広さで設けられた太陽電池素子と、
前記透明基板上に設けられ、撥水効果を有する撥水部と、
前記太陽電池素子及び前記撥水部を被覆する保護材と、
を具備し、
前記撥水部は、前記太陽電池素子の端部と前記保護材の端部との間の少なくとも一部に設けられている
太陽電池。 - 請求項1に記載された太陽電池であって、
前記透明基板は矩形状であり、
前記太陽電池素子は矩形状に設けられ、
前記撥水部は、前記太陽電池素子の角部と前記保護材端部との間に設けられている
太陽電池。 - 請求項2に記載された太陽電池であって、
前記太陽電池素子は、複数の短冊状の太陽電池セルが長辺同士を隣り合わせて平行に配置されることで全体として矩形状を成し、
前記複数の太陽電池セルは直列に接続され、
前記太陽電池素子は、前記各太陽電池セルの短辺によって形成される辺の近傍に前記短辺と平行に設けられた端部絶縁溝を有し、
前記端部絶縁溝は、前記各太陽電池セルの内側部分である主発電セルと、外側部分である絶縁セルとの間を絶縁する
太陽電池。 - 請求項3に記載された太陽電池であって、
前記撥水部は、最も外側の前記太陽電池セルにおける前記絶縁セルの外側端部を覆うように設けられている
太陽電池。 - 請求項3又は4に記載された太陽電池であって、
前記撥水部は、更に、最も外側の前記太陽電池セルが前記端部絶縁溝によって分割された部分を埋めるように設けられている
太陽電池。 - 請求項3乃至5のいずれかに記載された太陽電池であって、
前記撥水部は、更に、前記太陽電池素子の端部と前記保護材端部との間において、前記太陽電池素子の外周部を囲むように連続して設けられている
太陽電池。 - 請求項3乃至6のいずれかに記載された太陽電池であって、
前記撥水部は、前記端部絶縁溝において前記太陽電池素子が除去されて露出した前記透明基板上の全体にわたって設けられている
太陽電池。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載された太陽電池であって、
前記撥水部は、前記太陽電池素子の端部に接触して設けられている
太陽電池。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載された太陽電池であって、
前記撥水部は、前記太陽電池素子の端部と前記保護材の端部との間で5μm以上にわたって設けられている
太陽電池。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載された太陽電池であって、
前記撥水部は、水との接触角が90度以上である
太陽電池。 - 透明基板上に前記透明基板よりも狭い広さに太陽電池素子を形成する太陽電池素子形成ステップと、
前記太陽電池素子形成ステップの後に、前記透明基板上に撥水剤を塗布して撥水部を形成する撥水部形成ステップと、
前記太陽電池素子及び前記撥水部を被覆する保護材を設けるステップと、
を具備し、
前記撥水部形成ステップにおいて、前記撥水剤は前記太陽電池素子の端部と前記保護材の端部が配置される予定位置との間の少なくとも一部に塗布される
太陽電池製造方法。 - 請求項11に記載された太陽電池製造方法であって、
前記太陽電池素子形成ステップにおいて、前記太陽電池素子は矩形状に形成され、
前記撥水部形成ステップにおいて、前記撥水剤は前記太陽電池素子の角部と前記保護材の端部が配置される予定位置との間に塗布される
太陽電池製造方法。 - 請求項11又は12に記載された太陽電池製造方法であって、
前記太陽電池素子形成ステップは、
前記透明基板上の全面に、複数の短冊状の太陽電池セルを、互いに平行且つ長辺同士が隣り合うように形成させるステップと、
前記各太陽電池セルの短辺によって形成される辺の近傍に、前記短辺と平行に設けられて前記各太陽電池セルの内側と外側とを絶縁する端部絶縁溝を形成するステップと、
前記透明基板の周縁部に形成された太陽電池素子を除去するステップと、
を有する
太陽電池製造方法。 - 請求項13に記載された太陽電池製造方法であって、
前記撥水部形成ステップにおいて、前記撥水剤は、最も外側の前記太陽電池素子における前記端部絶縁溝の外側のセルである絶縁セルの外側端部を覆うように塗布される
太陽電池製造方法。 - 請求項13又は14に記載された太陽電池製造方法であって、
前記撥水部形成ステップにおいて、前記撥水剤は、最も外側の前記太陽電池セルが前記端部絶縁溝によって分割された部分を埋めるように塗布される
太陽電池製造方法。 - 請求項13乃至15のいずれかに記載された太陽電池製造方法であって、
前記撥水部形成ステップにおいて、前記撥水剤は、前記端部絶縁溝において前記太陽電池素子が除去されて露出した前記透明基板上の全体にわたって塗布される
太陽電池製造方法。 - 請求項11乃至16のいずれかに記載された太陽電池製造方法であって、
前記撥水部形成ステップにおいて、前記撥水剤は、前記太陽電池素子の端部と前記保護材の端部が配置される予定の位置との間において、前記太陽電池素子の外周部を囲んで連続するように塗布される
太陽電池製造方法。 - 太陽電池素子を透明基板上の全面に形成する太陽電池素子形成ステップと、
前記太陽電池素子形成ステップの後に、前記透明基板上に撥水剤を塗布して撥水部を形成するステップと、
前記透明基板の周縁部における前記撥水部及び前記太陽電池素子を除去するステップと、
前記太陽電池素子及び前記撥水部を被覆する保護材を設けるステップと、
を具備した
太陽電池製造方法。 - 請求項18に記載された太陽電池製造方法であって、
前記太陽電池素子形成ステップは、
前記透明基板上に、複数の短冊状の太陽電池セルを、平行且つ長辺同士が隣り合うように形成させるステップと、
前記各太陽電池セルの短辺によって形成される辺の近傍に、前記短辺と平行に設けられて前記各太陽電池セルの内側と外側とを絶縁する端部絶縁溝を形成するステップと、
を有する
太陽電池製造方法。
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