JP2016033932A - 太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】有効セル領域の面積を減少させずに周縁の絶縁性を確保でき、さらには封止材の接着力も向上させることができる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁領域が、透光性基板上に、透光性基板とは異なる材料からなる凸部を有する太陽電池モジュールとその製造方法である。
【選択図】図２
【解決手段】絶縁領域が、透光性基板上に、透光性基板とは異なる材料からなる凸部を有する太陽電池モジュールとその製造方法である。
【選択図】図２
Description
本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法に関する。
太陽光のエネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池モジュールの種類としては各種のものが実用化されている。なかでも、アモルファスシリコン薄膜または微結晶シリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池モジュールは、低温プロセスおよび大面積化が容易であるという特徴から低コストで製造可能であるため開発が進められている。
図２０に、特許文献１に記載の従来の薄膜太陽電池モジュールの周縁の模式的な断面図を示す。図２０に示される薄膜太陽電池モジュールは、ソーダライムガラスからなるガラス基板１０１上に設けられたセル領域１１１と、セル領域１１１上に設置されたＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）からなる封止材１０９と、封止材１０９上に設けられた保護フィルム１０８とを備えており、セル領域１１１は、ガラス基板１０１上の酸化錫膜からなる透明電極１０２、アモルファスシリコンからなる光電変換層１０４、および裏面電極１０６から構成されている。
また、透明電極１０２は、光電変換層１０４で埋められた透明電極スクライブ線１０３によって分離されており、光電変換層１０４は、半導体スクライブ線１０５によって分離されている。さらに、光電変換層１０４および裏面電極１０６は、裏面電極スクライブ線１０７によって分離されている。そして、光電変換層１０４が分離された部分である半導体スクライブ線１０５を介して、隣り合うセル同士が順次電気的に直列に接続されて、セル領域１１１が構成されている。
また、裏面電極スクライブ線１０７の長手方向に直交する方向の端部近傍においては、図２０に示すように、透明電極１０２の表面上に電流取り出し用のバスバー電極１１２が設置されている。また、図２０に示すように、セル領域１１１を取り囲むようにして、絶縁領域となる絶縁分離線１１３が形成されており、絶縁分離線１１３の外側に透明電極１０２が残されている。さらに、セル領域１１１上には封止材１０９が設置され、封止材１０９上には保護フィルム１０８が接着されている。
以下、図２０に示される特許文献１に記載の従来の薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、ガラス基板１０１上に透明電極１０２を積層する。次に、透明電極１０２の一部をレーザスクライブ法で除去し、透明電極１０２を分離する透明電極スクライブ線１０３を形成する。
次に、プラズマＣＶＤ法により、透明電極スクライブ線１０３で分離された透明電極１０２を覆うようにアモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層を順次積層して光電変換層１０４を形成する。その後、レーザスクライブ法で光電変換層１０４の一部を除去して、半導体スクライブ線１０５を形成する。
次に、光電変換層１０４を覆うようにして裏面電極１０６を積層する。これにより、半導体スクライブ線１０５が裏面電極１０６で埋められる。
次に、レーザスクライブ法によって、光電変換層１０４および裏面電極１０６を分離する裏面電極スクライブ線１０７を形成する。さらに、ガラス基板１０１の周縁を取り囲むようにして、透明電極１０２、光電変換層１０４および裏面電極１０６をレーザスクライブ法で除去することによって絶縁分離線１１３を形成し、絶縁分離線１１３からガラス基板１０１の表面を露出させる。
次に、絶縁分離線１１３よりも外側に位置する光電変換層１０４および裏面電極１０６を全周にわたって研磨により除去する。これにより、絶縁分離線１１３の外側に透明電極１０２のみを残すことができる。
そして、バスバー電極１１２を形成した後に、セル領域１１１、絶縁分離線１１３、および絶縁分離線１１３よりも外側の透明電極１０２上に封止材１０９を設置し、その後、封止材１０９で保護フィルム１０８を接着することによって、図２０に示される特許文献１に記載の従来の薄膜太陽電池モジュールが作製される。
また、特許文献１には、たとえば図２１に示すように、絶縁分離線１１３よりも外側の透明電極１０２、光電変換層１０４および裏面電極１０６を研磨によりすべて除去し、その後、ガラス基板１０１の表面も研磨により除去することによって、ガラス基板１０１の周縁の面取りをして、面取り部１１４を形成する方法も開示されている。
図２０に示される特許文献１に記載の従来の薄膜太陽電池モジュールにおいては、薄膜太陽電池モジュールの周縁における封止材１０９との接着部に酸化錫膜からなる透明電極１０２を用いることによって封止材１０９の接着力が高められるとされている。しかしながら、この場合には、絶縁分離線１１３の幅を広げて絶縁性を確保する必要があったことから、セル領域１１１のうち発電に寄与する有効セル領域の面積が小さくなるため、薄膜太陽電池モジュールの特性が低くなる。
また、図２１に示すように、ガラス基板１０１の周縁を面取りして、面取り部１１４を形成する方法においては、面取りされたガラス基板１０１の周縁の強度が低下するとともに、洗浄工程も必要になる。また、近年の厳しい環境に対する耐久性の向上の要望から、ガラス基板１０１に対する封止材１０９のさらなる接着力の向上も求められている。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、有効セル領域の面積を減少させずに周縁の絶縁性を確保でき、さらには封止材の接着力も向上させることができる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
本発明は、透光性基板と、透光性基板上に設けられたセル領域と、セル領域上に設けられた封止材と、封止材上に設けられた保護材とを備え、セル領域は、第１の電極層と、光電変換層と、第２の電極層とを有し、セル領域を取り囲むように透光性基板の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域を有し、絶縁領域は、透光性基板上に、透光性基板とは異なる材料からなる凸部を有する太陽電池モジュールである。このような構成とすることにより、セル領域のうち有効セル領域の面積を減少させずに絶縁領域における絶縁性を確保できるとともに、封止材の接着力も向上させることができる。
また、本発明は、透光性基板上に第１の電極層と光電変換層と第２の電極層とを有するセル領域を形成する工程と、セル領域の周縁に光ビームを照射することによって、セル領域を取り囲むように透光性基板の周縁の表面を露出させて、透光性基板の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域を形成する工程と、セル領域上および絶縁領域上に封止材を用いて保護材を接着する工程とを含み、絶縁領域を形成する工程においては、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下のパワー密度を有する第一の光ビームを照射した後、第一の光ビームの照射領域に第二の光ビームを照射することによって、透光性基板上に、透光性基板とは異なる材料からなる凸部を形成する太陽電池モジュールの製造方法である。このような構成とすることにより、絶縁領域における透光性基板の表面上に、透明電極層の残渣となる低導電率の凸部を好適に形成することができる。
本発明によれば、有効セル領域の面積を減少させずに周縁の絶縁性を確保でき、さらには封止材の接着力も向上させることができる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
図１に、本発明の太陽電池モジュールの一例である実施の形態の薄膜太陽電池モジュールの模式的な平面図を示す。透光性基板１上にセル領域１１が設けられており、セル領域１１の周囲を取り囲むように透光性基板１の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域１０が設けられている。
図２（ａ）に図１のＩＩＡ−ＩＩＡに沿った模式的な断面図を示し、図２（ｂ）に図１のＩＩＢ−ＩＩＢに沿った模式的な断面図を示す。図１に示す薄膜太陽電池モジュールは、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、透光性基板１上に、透明電極層２、半導体光電変換層４および裏面電極層６がこの順序で積層された構成を有している。
図２（ｂ）に示すように、透明電極層２は、半導体光電変換層４で埋められた第１分離溝３によって分離されており、半導体光電変換層４および裏面電極層６は第２分離溝７によって分離されている。また、レーザスクライブ法によって半導体光電変換層４が除去された部分であるコンタクトライン５を介して、隣り合うセル同士が電気的に直列に接続されて、セル領域１１が構成されている。
また、図２（ｂ）に示すように、図１に示す第２分離溝７の長手方向に直交する方向の両端の裏面電極層６の表面上に電流取り出し用の電極１２が形成されている。これらの電極１２は、それぞれ、図１に示すように、第２分離溝７の長手方向と平行に延在している。
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、絶縁領域１０における透光性基板１上には、透光性基板１とは異なる材料からなる凸部２２が設けられている。さらに、絶縁領域１０上およびセル領域１１上には封止材９が設けられており、封止材９上には保護材８が設けられている。
以下、図３〜図１０の模式的断面図を参照して、図１に示す実施の形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法の一例について説明する。なお、図３〜図１０において、（ａ）は図１に示すＩＩＡ−ＩＩＡ方向（分離溝の長手方向）に沿った断面により図解しており、（ｂ）は図１に示すＩＩＢ−ＩＩＢ方向（分離溝の長手方向に直交する方向）に沿った断面により図解している。
まず、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、透光性基板１上に透明電極層２を積層する。
透光性基板１としては、たとえばガラス基板などを用いることができる。また、透明電極層２としては、たとえばＳｎＯ2（酸化スズ）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＺｎＯ（酸化亜鉛）からなる層等を用いることができる。透明電極層２の形成方法は特に限定されず、たとえば従来から公知のスパッタリング法、蒸着法またはイオンプレーティング法などを用いることができる。
次に、透光性基板１側から分離溝の長手方向に光ビームを走査して光ビームを照射することによって、図４（ｂ）に示すように、透明電極層２をストライプ状に除去して透明電極層２を分離する第１分離溝３を形成する。なお、分離溝の長手方向に直交する方向には光ビームが走査されないために、図４（ａ）に示すように、分離溝の長手方向に直交する方向については、第１分離溝３は形成されない。
ここで、第１分離溝３の形成に用いられる光ビームとしては、たとえば、ＹＡＧレーザ光の基本波（波長：１０６４ｎｍ）またはＹＶＯ4レーザ光の基本波（波長：１０６４ｎｍ）などを用いることができる。ＹＡＧレーザ光の基本波およびＹＶＯ4レーザ光の基本波はそれぞれ透光性基板１を透過し、透明電極層２に吸収される傾向にあるため、ＹＡＧレーザ光の基本波またはＹＶＯ4レーザ光の基本波を用いた場合には、レーザ光の照射領域における透明電極層２を選択的に加熱することによって、当該レーザ光の照射領域における透明電極層２を蒸散して除去することが可能になる。
なお、検査工程で、第１分離溝３が得られているかどうかを確認するための手段として分離抵抗の検査工程がある場合には、分離溝の長手方向に直交する方向にも左右各１本ずつ溝を形成することができる。また、以降の工程でアライメント用のマークにレーザ加工跡を使用する場合にも、分離溝の長手方向に直交する方向に左右各１本ずつ溝を形成することができる。以上のように、分離溝の長手方向に直交する方向に左右各１本ずつ溝を形成する場合には、その溝の形成部分は最終的に除去される領域に加工されることが好ましい。
次に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１分離溝３で分離された透明電極層２を覆うようにして、半導体光電変換層４を積層する。
半導体光電変換層４としては、たとえばアモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層が順次積層された構造、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層が順次積層された構造と微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層が順次積層された構造とを組み合わせたタンデム構造、またはアモルファスシリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層が順次積層された構造と微結晶シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層およびｎ層が順次積層された構造との間にＺｎＯ等からなる中間層が挿入された構造などを用いることができる。また、アモルファスシリコン薄膜からなるｐ層およびｉ層と微結晶シリコン薄膜からなるｎ層とを組み合わせた構造のように、ｐ層、ｉ層およびｎ層のうち少なくとも１層をアモルファスシリコン薄膜から構成し、残りの層を微結晶シリコン薄膜から構成して、ｐ層、ｉ層およびｎ層にアモルファスシリコン薄膜からなる層と微結晶シリコン薄膜からなる層とを混在させてもよい。
アモルファスシリコン薄膜としては、たとえば、シリコンの未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端された水素化アモルファスシリコン系半導体（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなる薄膜を用いることができる。また、微結晶シリコン薄膜としては、たとえば、シリコンの未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端された水素化微結晶シリコン系半導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）からなる薄膜を用いることができる。
また、半導体光電変換層４の厚さは、たとえば、２００ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。また、半導体光電変換層４は、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層することができる。
その後、透光性基板１側から分離溝の長手方向に光ビームを走査して光ビームを照射することによって、半導体光電変換層４の一部をストライプ状に除去し、図６（ｂ）に示すコンタクトライン５を形成する。なお、分離溝の長手方向に直交する方向には光ビームが走査されないために、図６（ａ）に示すように、分離溝の長手方向に直交する方向にはコンタクトライン５は形成されない。
ここで、コンタクトライン５の形成に用いられる光ビームとしては、たとえば、ＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長：５３２ｎｍ）またはＹＶＯ4レーザ光の第２高調波（波長：５３２ｎｍ）などを用いることができる。ＹＡＧレーザ光の第２高調波およびＹＶＯ4レーザ光の第２高調波は、それぞれ、透光性基板１および透明電極層２を透過し、半導体光電変換層４に吸収される傾向にあるため、ＹＡＧレーザ光の第２高調波またはＹＶＯ4レーザ光の第２高調波を用いた場合には、レーザ光の照射領域における半導体光電変換層４を選択的に加熱することによって、当該レーザ光の照射領域における半導体光電変換層４を蒸散して除去することが可能になる。
そして、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、半導体光電変換層４を覆うようにして裏面電極層６を積層する。これにより、図７（ｂ）に示すように、裏面電極層６でコンタクトライン５が埋められる。
裏面電極層６の構成も特に限定されないが、たとえば、銀またはアルミニウムからなる金属薄膜とＺｎＯ等の透明導電膜との積層体を用いることができる。ここで、金属薄膜の厚さはたとえば１００ｎｍ以上１μｍ以下とすることができ、透明導電膜の厚みはたとえば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
また、裏面電極層６として金属薄膜の単層または複数層のみを用いてもよい。このとき、単層または複数層の金属薄膜からなる裏面電極層６と半導体光電変換層４との間に透明導電膜を設置した場合には、金属薄膜からなる裏面電極層６から半導体光電変換層４に金属原子が拡散するのを防止することができ、さらに裏面電極層６による太陽光の反射率が向上する傾向にある点で好ましい。また、裏面電極層６の形成方法は特に限定されず、たとえばスパッタリング法などを用いることができる。
次に、透光性基板１側から分離溝の長手方向に光ビームを走査して光ビームを照射することによって、半導体光電変換層４および裏面電極層６をストライプ状に除去して、図８（ｂ）に示す第２分離溝７を形成する。なお、分離溝の長手方向に直交する方向には光ビームが走査されないために、図８（ａ）に示すように、分離溝の長手方向に直交する方向には第２分離溝７は形成されない。
ここで、第２分離溝７の形成に用いられる光ビームとしては、たとえば、ＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長：５３２ｎｍ）またはＹＶＯ4レーザ光の第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いることができる。ＹＡＧレーザ光の第２高調波およびＹＶＯ4レーザ光の第２高調波は、それぞれ、透光性基板１および透明電極層２を透過し、半導体光電変換層４に吸収される傾向にあるため、ＹＡＧレーザ光の第２高調波またはＹＶＯ4レーザ光の第２高調波を用いた場合には、レーザ光の照射領域における半導体光電変換層４を選択的に加熱することによって、当該レーザ光の照射領域における半導体光電変換層４を選択的に蒸散して、裏面電極層６とともに除去することが可能になる。
なお、本明細書において、ＹＡＧレーザとはＮｄ：ＹＡＧレーザのことであり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザはネオジムイオン（Ｎｄ3+）を含むイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）結晶からなる。そして、ＹＡＧレーザからはＹＡＧレーザ光の基本波（波長：１０６４ｎｍ）が発振するが、その波長を１／２に波長変換することによってＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を得ることができる。
また、本明細書において、ＹＶＯ4レーザとは、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザのことであり、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザはネオジムイオン（Ｎｄ3+）を含むＹＶＯ4結晶からなる。そして、ＹＶＯ4レーザからはＹＶＯ4レーザ光の基本波（波長：１０６４ｎｍ）が発振するが、その波長を１／２に波長変換することによってＹＶＯ4レーザ光の第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を得ることができる。
以上により、透光性基板１上において、透明電極層２、半導体光電変換層４および裏面電極層６を有するセル領域１１が形成される。
次に、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、セル領域１１の周縁に光ビーム２１を照射することによって、セル領域１１を取り囲むように透光性基板１の周縁の表面を露出させて、透光性基板１の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域１０を形成する。
ここで、光ビーム２１としては、ＹＡＧレーザ光の基本波（波長：１０６４ｎｍ）またはＹＶＯ4レーザ光の基本波（波長：１０６４ｎｍ）などを用いることができる。ＹＡＧレーザ光の基本波およびＹＶＯ4レーザ光の基本波はそれぞれ透光性基板１を透過し、透明電極層２に吸収される傾向にあるため、ＹＡＧレーザ光の基本波またはＹＶＯ4レーザ光の基本波を用いた場合には、レーザ光の照射領域における透明電極層２を選択的に加熱することによって、当該レーザ光の照射領域における透明電極層２を蒸散して、半導体光電変換層４および裏面電極層６とともに除去することが可能になる。
また、光ビーム２１の照射は、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下のパワー密度を有する第一の光ビームを照射した後、第一の光ビームの照射領域に第二の光ビームを照射することにより行なわれることが好ましい。この場合には、絶縁領域１０における透光性基板１の表面上に、透明電極層２の残渣となる低導電率の凸部２２を好適に形成することができる。
たとえば、２００Ｗ／ｃｍ2のパワー密度を有するＹＡＧレーザ光の基本波を透光性基板１を通して透明電極層２に照射した場合には、透明電極層２の残渣となる凸部２２を残すことができないことが多い。しかしながら、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下のパワー密度を有する第一の光ビームを照射することによって、絶縁領域１０における透光性基板１の表面上に残った透明電極層２の残渣となる凸部２２は、第二の光ビームの照射によっても除去されない。これは、第一の光ビームの照射によって、凸部２２となる透明電極層２の残渣を構成する材質が変質したためと考えられる。そして、第二の光ビームの照射によって、凸部２２となる透明電極層２の残渣の導電率が低下して高抵抗化し、絶縁領域１０の絶縁性能が向上すると考えられる。凸部２２の導電率が低下して高抵抗化する理由は明らかではないが、たとえば、凸部２２を構成する透明電極層２の残渣からドーパントのフッ素が抜けている、または凸部２２を構成する透明電極層２の残渣の酸素空孔が無くなっているなどの理由を挙げることができる。
なお、第二の光ビームのパワー密度は、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。この場合には、透明電極層２の残渣となる高抵抗の凸部２２をより好適に形成することができる。
また、凸部２２は、錫、インジウムおよび亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つと、酸素とを含有することが好ましい。この場合には、上述のように、凸部２２に第一の光ビームを照射した後に凸部２２を構成する材質を好適に変質させ、その後、第二の光ビームを照射することによって、凸部２２を好適に高抵抗化することができる。
その後、図１０（ｂ）に示すように、第２分離溝７の長手方向に直交する方向の両端の裏面電極層６の表面上に電流取り出し用の電極１２を形成する。
次に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、セル領域１１上および絶縁領域１０上に封止材９を設置する。封止材９としては、たとえば、アイオノマー樹脂、またはＥＶＡ樹脂を含むものなどを用いることができる。
その後、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、封止材９の表面上に保護材８を設置して、保護材８の上方から封止材９に加圧しながら、封止材９を加熱した後に、封止材９を冷却する。これにより、封止材９が加熱により一旦軟化し、その後、冷却により硬化することによって、保護材８が封止材９により、セル領域１１上および絶縁領域１０上に接着される。
ここで、保護材８としては、たとえば、ＰＥＴ（ポリエステル）／Ａｌ（アルミニウム）／ＰＥＴの３層積層フィルムなどを用いることができる。
また、上記の保護材８の接着工程において、封止材９は、１００℃以上で６０分以下加熱されることが好ましい。この場合には、封止材９に対する保護材８の接着工程をより効率的に行なうことができる。
以上のようにして作製された実施の形態の薄膜太陽電池モジュールにおいて、絶縁領域１０に設けられている凸部２２は高抵抗の透明電極層２の残渣であるため、周縁の絶縁性を確保するために絶縁領域１０の幅を広げる必要がない。そのため、従来の特許文献１の場合と比べて、セル領域１１のうち発電に寄与する有効セル領域の面積を大きくすることができることから、薄膜太陽電池モジュールの特性を高くすることができる。
また、実施の形態の薄膜太陽電池モジュールは、透光性基板１の周縁の面取りが必要でないことから、透光性基板１の強度の低下を抑えることができるとともに、透光性基板１の洗浄工程も必要がない。
また、実施の形態の薄膜太陽電池モジュールは、光ビームの照射によって絶縁領域１０を形成することができることから、透光性基板１にキズを付けずに絶縁領域１０を形成することも可能である。
さらに、実施の形態の薄膜太陽電池モジュールにおいては、絶縁領域１０における透光性基板１上に透明電極層２の残渣となる凸部２２が設けられており、凸部２２と封止材９との間の接着力は、従来の特許文献１のガラス基板１０１と封止材１０９との間の接着力よりも高いため、絶縁領域１０における透光性基板１と封止材９との間の接着力を向上することができる。これにより、従来の特許文献１の場合と比べて、薄膜太陽電池モジュールの耐侯性を向上させることができる。
以上の理由により、実施の形態の薄膜太陽電池モジュールにおいては、セル領域１１のうち有効セル領域の面積を減少させずに絶縁領域１０における絶縁性を確保できるとともに、封止材９の接着力も向上させることができる。
また、本明細書において、絶縁領域１０は、太陽電池モジュールの表面の面積をＸ（ｍ2）とし、透光性基板１の端部と半導体光電変換層４との間に６０００（Ｖ）の電圧を印加したときのリーク電流が１５０×Ｘ（μＡ）未満である領域を意味している。
また、絶縁領域１０における電気抵抗Ｒは、ＩＥＣ規格（ＩＥＣ ６１６４６：２００８）に基づくＩＥＣテスト基準において、太陽電池モジュールの表面の面積（たとえば、幅１ｍ×長さ１．４ｍ＝１．４ｍ2）×Ｒ（測定値）＞４０ＭΩｃｍ2の関係を満たすことが好ましい。
なお、上記の実施の形態の薄膜太陽電池モジュールにおいて、凸部２２は、略網目状に形成されていることが好ましい。この場合には、凸部２２と封止材９との間の接着力を向上させることができる。
図１１に、実施の形態の薄膜太陽電池モジュールの略網目状の凸部２２の一例の光学顕微鏡写真を示す。図１１に示すように、凸部２２（図１１の白色の部分）は、略網目状に形成されている。
ここで、略網目状に形成された凸部２２は、少なくとも一方向に略直線状に延びている部分を有していることが好ましい。略網目状に形成された凸部２２が少なくとも一方向に略直線状に延びている部分を有している場合には、略直線状に、凸部２２と封止材９とを接着させることができるため、凸部２２と封止材９との間の接着力をより向上させることができる。
また、略網目状に形成された凸部２２は、セル領域１１を囲むように繋がっていることが好ましい。この場合には、透光性基板１の周縁全体にわたって、凸部２２と封止材９とを接着させることができるため、透光性基板１と封止材９との間の接着力をさらに向上させることができる。
なお、略網目状に形成された凸部２２は、透光性基板１の周縁端部からセル領域１１に向かう方向と垂直方向に分断されていてもよい。
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される凸部２２の高さＨは、透光性基板１の表面から１００ｎｍ以上であることが好ましい。この場合には、凸部２２の高さＨが、封止材９と接着するのに十分な高さとなるため、凸部２２と封止材９との間の接着力を向上させることができる。
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示される絶縁領域１０の透光性基板１の周縁端部からセル領域１１までの距離Ｌは、６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。絶縁領域１０の透光性基板１の周縁端部からセル領域１１までの距離Ｌが６ｍｍ以上である場合には、絶縁領域１０における絶縁性をより確実に確保することができる。また、絶縁領域１０の透光性基板１の周縁端部からセル領域１１までの距離Ｌが１５ｍｍ以下である場合にはセル領域１１のうち有効セル領域の面積を減少させることがない。
また、封止材９は、シランカップリング剤を含むことが好ましい。この場合には、絶縁領域１０における封止材９の接着力が向上する傾向にある。すなわち、シランカップリング剤に起因するシランカップリングによって形成される共有結合の結合エネルギーが、Ｚｎ−Ｏ＞Ｓｎ−Ｏ＞Ｓｉ−Ｏの関係を満たすため、絶縁領域１０がガラス基板などの透光性基板１のみから構成されるよりも、絶縁領域１０に透明電極層２の残渣となる凸部２２が残っていた方が封止材９の接着力が向上すると考えられる。また、封止材９がシランカップリング剤を含む場合には、封止材９の接着力が、シランカップリングによる接着にも起因することとなり、封止材９の加熱をそれほど行なわなくても、高い接着力を示すことから、タクトタイムの短縮が可能となる。なお、シランカップリング剤としては、たとえば従来から公知のシランカップリング剤を適宜用いることができる。
＜実施例＞
まず、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ＳｎＯ2からなる透明電極層２が形成された幅１ｍ×長さ１．４ｍの矩形状の表面を有するガラス基板からなる透光性基板１を用意した。
まず、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ＳｎＯ2からなる透明電極層２が形成された幅１ｍ×長さ１．４ｍの矩形状の表面を有するガラス基板からなる透光性基板１を用意した。
次に、透光性基板１側から分離溝の長手方向にＹＡＧレーザ光の基本波を走査して照射することによって、透明電極層２をストライプ状に除去して、図４（ｂ）に示すように、透明電極層２を分離する第１分離溝３を形成した。ここで、第１分離溝３は、隣接する第１分離溝３間の距離が等間隔（有効セル領域のみ）となるように形成された。なお、図４（ａ）に示すように、分離溝の長手方向に直交する方向には、第１分離溝３は形成されなかった。
次に、プラズマＣＶＤ法により、ボロンがドープされた水素化アモルファスシリコン系半導体（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなるｐ層、ノンドープの水素化アモルファスシリコン系半導体（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなるｉ層およびリンがドープされた水素化微結晶シリコン系半導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）からなるｎ層ならびに水素化微結晶シリコン系半導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）からなるｐ層、水素化微結晶シリコン系半導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）からなるｉ層および水素化微結晶シリコン系半導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）からなるｎ層をこの順序で形成して、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように半導体光電変換層４を形成した。
次に、透光性基板１側から、ＹＡＧレーザ光の第２高調波を分離溝の長手方向に走査しながら透明電極層２にダメージを与えない強度で照射することによって半導体光電変換層４の一部をストライプ状に除去し、図６（ｂ）に示すように、コンタクトライン５を形成した。ここで、コンタクトライン５は、隣接するコンタクトライン５間の距離が等間隔となるように形成された。なお、図６（ａ）に示すように、分離溝の長手方向に直交する方向にはコンタクトライン５は形成されなかった。
次に、ＺｎＯからなる透明導電膜および銀からなる金属薄膜をスパッタリング法により順次形成することによって、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、裏面電極層６を形成した。
次に、透光性基板１側からＹＡＧレーザ光の第２高調波を分離溝の長手方向に走査して照射することによって、半導体光電変換層４および裏面電極層６の一部をストライプ状に除去し、図８（ｂ）に示すように、第２分離溝７を形成した。これにより、透光性基板１上に、透明電極層２と、半導体光電変換層４と、裏面電極層６とを有するセル領域１１が形成された。なお、第２分離溝７は、隣接する第２分離溝７間の距離が等間隔となるように形成された。また、図８（ａ）に示すように、分離溝の長手方向に直交する方向には第２分離溝７は形成されなかった。
次に、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、セル領域１１の周縁に、光ビーム２１を照射した。ここで、光ビーム２１の照射は、後述のように、１ショット毎に照射領域を走査方向にずらして照射することにより行なわれた。
これにより、図１２（ａ）の模式的平面図に示すように、セル領域１１を取り囲むように透光性基板１の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域１０が形成された。また、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に示される光学顕微鏡写真に示すように、絶縁領域１０における透光性基板１の表面上には、透明電極層２の残渣となる高抵抗の略網目状の凸部２２が形成された。
ここで、略網目状の凸部２２は、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に示すように、第１のＹＡＧレーザ光の基本波および第２のＹＡＧレーザ光の基本波の走査方向３１に沿って一方向に略直線状に延びており、凸部２２は、セル領域１１を取り囲むように繋がっていた。また、凸部２２は、透光性基板１の表面から１００ｎｍ以上の高さを有していた。さらに、絶縁領域１０は、透光性基板１の周縁端部からセル領域１１までの距離が６ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるように形成された。
図１３に、上記のようにして形成された絶縁領域１０における凸部２２のＥＤＸ分析結果を示す。図１３に示すように、絶縁領域１０における透光性基板１の表面上に形成された凸部２２は、錫（Ｓｎ）を含むことが確認された（図１３の円で囲まれている部分参照）。
また、図１４（ａ）に、以下のように条件を変更したこと以外は上記と同様にして形成した凸部２２を有する絶縁領域１０の光学顕微鏡写真を示し、図１４（ｂ）に、図１４（ａ）を９０°回転させた後に１００倍に拡大した光学顕微鏡写真を示し、図１４（ｃ）に図１４（ｂ）の凸部２２の形成位置と、ＹＡＧレーザ光の基本波のパワー密度との関係を示す。また、図１４（ｄ）に、図１４（ａ）を５００倍に拡大した光学顕微鏡写真を示し、図１４（ｅ）に、図１４（ａ）を３０００倍に拡大した光学顕微鏡写真を示す。
すなわち、まず、１辺が０．５３ｍｍの正方形の照射領域を有する波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ光の基本波を最大パワー密度２００Ｗ／ｃｍ2として、１ショット毎に照射領域を走査方向（図１４（ｂ）の縦方向）にずらして照射した。次に、図１４（ｂ）の縦方向の照射が終了した後、図１４（ｂ）の横方向に照射領域をずらして、再び、図１４（ｂ）の縦方向に１ショット毎に照射領域をずらしながら、同条件で、ＹＡＧレーザ光の基本波を照射した。
その結果、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザ光の基本波の照射領域の重複部分に、透明電極層２の残渣となる高抵抗の凸部２２が形成された。そして、凸部２２の形成部分におけるＹＡＧレーザ光の基本波のパワー密度は、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下の範囲内にあることが確認された。
次に、図１０（ｂ）に示すように、第２分離溝７の長手方向に直交する方向の両端の裏面電極層６の表面上に電流取り出し用の電極１２を形成した。
次に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、セル領域１１上および絶縁領域１０上にアイオノマー樹脂からなる封止材９を設置した。
その後、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、封止材９の表面上に、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴの３層積層フィルムからなる保護材８を設置して、保護材８の上方から封止材９に加圧しながら、封止材９を１００℃以上で６０分間以下加熱した後に冷却した。これによって、セル領域１１上および絶縁領域１０上に、保護材８を封止材９で接着し、実施例の薄膜太陽電池モジュールを作製した。
上記と同様にして、実施例の薄膜太陽電池モジュールを複数個（サンプルＮｏ．１〜１３００）作製した。そして、実施例の薄膜太陽電池モジュールの絶縁試験を行なった。その結果を図１５に示す。
ここで、実施例の薄膜太陽電池モジュールの絶縁試験は、図１６（ａ）の模式的平面図および図１６（ｂ）の模式的構成図に示すように、絶縁試験装置４１を用いて行なわれた。すなわち、図１６（ｂ）に示すように、絶縁試験装置４１の端子４２を実施例の薄膜太陽電池モジュールのセル領域１１の裏面電極層に接続するとともに、押さえ装置４５で矢印４６の方向に端子４３を実施例の薄膜太陽電池モジュールの透光性基板１の周縁端部全周に接触させた状態で、セル領域１１の裏面電極層と端子４３との間に電圧を印加して、そのときに流れた電流の大きさを測定した。
絶縁領域１０は、上述のように、実施例の薄膜太陽電池モジュールの表面の面積をＸ（ｍ2）とし、透光性基板１の端部と半導体光電変換層４との間に６０００（Ｖ）の電圧を印加したときのリーク電流が１５０×Ｘ（μＡ）未満の領域である。ここで、実施例の薄膜太陽電池モジュールの表面の面積Ｘは１ｍ×１．４ｍ＝１．４ｍ2であるため、当該リーク電流は１５０×１．４＝２１０（μＡ）未満であればよい。
図１５に示すように、実施例の薄膜太陽電池モジュールにおいては、透光性基板１の端部と半導体光電変換層４との間に６０００（Ｖ）の電圧を印加したときのリーク電流はすべて２１０（μＡ）未満であった。そのため、実施例の薄膜太陽電池モジュールの絶縁領域１０は、絶縁領域であることが確認された。
＜比較例＞
絶縁領域１０の形成時において、２００Ｗ／ｃｍ2のパワー密度を有する第１のＹＡＧレーザ光の基本波を走査して照射した後に、第１のＹＡＧレーザ光の基本波の照射領域に２００Ｗ／ｃｍ2のパワー密度を有する第２のＹＡＧレーザ光の基本波を走査して照射することによって、絶縁領域１０に凸部２２を全く形成しなかったこと以外は実施例と同様にして、比較例の薄膜太陽電池モジュールを作製した。
絶縁領域１０の形成時において、２００Ｗ／ｃｍ2のパワー密度を有する第１のＹＡＧレーザ光の基本波を走査して照射した後に、第１のＹＡＧレーザ光の基本波の照射領域に２００Ｗ／ｃｍ2のパワー密度を有する第２のＹＡＧレーザ光の基本波を走査して照射することによって、絶縁領域１０に凸部２２を全く形成しなかったこと以外は実施例と同様にして、比較例の薄膜太陽電池モジュールを作製した。
＜評価＞
上記のようにして作製した実施例の薄膜太陽電池モジュールと、比較例の薄膜太陽電池モジュールとについて、封止材９を透光性基板１の周縁端部から剥離していき、透光性基板１の周縁端部からの距離（ｍｍ）と剥離強度（Ｎ／ｃｍ）との関係について評価した。その結果を図１７に示す。
上記のようにして作製した実施例の薄膜太陽電池モジュールと、比較例の薄膜太陽電池モジュールとについて、封止材９を透光性基板１の周縁端部から剥離していき、透光性基板１の周縁端部からの距離（ｍｍ）と剥離強度（Ｎ／ｃｍ）との関係について評価した。その結果を図１７に示す。
図１７に示すように、実施例の薄膜太陽電池モジュールは、比較例の薄膜太陽電池モジュールと比べて、透光性基板１の周縁の絶縁領域１０における封止材９の剥離強度が大きくなり、接着力が向上することが確認された。
また、図１８に、図１７に示す実施例の薄膜太陽電池モジュールの透光性基板１の周縁端部からの距離（ｍｍ）と剥離強度（Ｎ／ｃｍ）との関係の拡大図を示し、図１９に、実施例の薄膜太陽電池モジュールの図１７に示す透光性基板１の周縁端部からの距離（ｍｍ）部分の凸部２２の高さの測定結果を示す。なお、図１９に示される実施例の薄膜太陽電池モジュールの凸部２２の高さは、段差計を用いて測定された。
図１８および図１９に示されるように、実施例の薄膜太陽電池モジュールの凸部２２の部分において、封止材９の剥離強度が大きくなり、この部分で封止材９の接着力が高くなることが確認された。
＜まとめ＞
本発明は、透光性基板と、透光性基板上に設けられたセル領域と、セル領域上に設けられた封止材と、封止材上に設けられた保護材とを備え、セル領域は、第１の電極層と、光電変換層と、第２の電極層とを有し、セル領域を取り囲むように透光性基板の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域を有し、絶縁領域は、透光性基板上に、透光性基板とは異なる材料からなる凸部を有する太陽電池モジュールである。このような構成とすることにより、セル領域のうち有効セル領域の面積を減少させずに絶縁領域における絶縁性を確保できるとともに、封止材の接着力も向上させることができる。
本発明は、透光性基板と、透光性基板上に設けられたセル領域と、セル領域上に設けられた封止材と、封止材上に設けられた保護材とを備え、セル領域は、第１の電極層と、光電変換層と、第２の電極層とを有し、セル領域を取り囲むように透光性基板の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域を有し、絶縁領域は、透光性基板上に、透光性基板とは異なる材料からなる凸部を有する太陽電池モジュールである。このような構成とすることにより、セル領域のうち有効セル領域の面積を減少させずに絶縁領域における絶縁性を確保できるとともに、封止材の接着力も向上させることができる。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、凸部は、錫、インジウムおよび亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つと、酸素とを含有することが好ましい。このような構成とすることにより、凸部に第一の光ビームを照射した後に凸部を構成する材質を好適に変質させ、その後、第二の光ビームを照射することによって、凸部を好適に高抵抗化することができる。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、凸部は、略網目状に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、凸部と封止材との間の接着力を向上させることができる。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、凸部は、少なくとも一方向に略直線状に延びていることが好ましい。このような構成とすることにより、略直線状に、凸部と封止材とを接着させることができるため、凸部と封止材との間の接着力をより向上させることができる。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、凸部は、セル領域を囲むように繋がっていることが好ましい。このような構成とすることにより、透光性基板の周縁全体にわたって、凸部と封止材とを接着させることができるため、透光性基板と封止材との間の接着力をさらに向上させることができる。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、絶縁領域は、透光性基板の周縁端部からセル領域までの距離が６ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるように設けられていることが好ましい。このような構成とすることにより、絶縁領域における絶縁性をより確実に確保することができるとともに、セル領域のうち有効セル領域の面積を減少させることがない。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、封止材は、シランカップリング剤を含むことが好ましい。このような構成とすることにより、絶縁領域における封止材の接着力が向上する傾向にある。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、凸部は、透光性基板から１００ｎｍ以上の高さを有することが好ましい。このような構成とすることにより、凸部の高さが、封止材と接着するのに十分な高さとなるため、凸部と封止材との間の接着力を向上させることができる。
さらに、本発明は、透光性基板上に第１の電極層と光電変換層と第２の電極層とを有するセル領域を形成する工程と、セル領域の周縁に光ビームを照射することによって、セル領域を取り囲むように透光性基板の周縁の表面を露出させて、透光性基板の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域を形成する工程と、セル領域上および絶縁領域上に封止材を用いて保護材を接着する工程と、を含み、絶縁領域を形成する工程においては、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下のパワー密度を有する第一の光ビームを照射した後、第一の光ビームの照射領域に第二の光ビームを照射することによって、透光性基板上に、透光性基板とは異なる材料からなる凸部を形成する太陽電池モジュールの製造方法である。このような構成とすることにより、絶縁領域における透光性基板の表面上に、透明電極層の残渣となる低導電率の凸部を好適に形成することができる。
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、第二の光ビームのパワー密度は、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下とすることが好ましい。このような構成とすることにより、透明電極層の残渣となる高抵抗の凸部をより好適に形成することができる。
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、保護材を接着する工程において、封止材は１００℃以上で６０分以下加熱されることが好ましい。このような構成とすることにより、封止材に対する保護材の接着工程をより効率的に行なうことができる。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法に利用することができる。
１ 透光性基板、２ 透明電極層、３ 第１分離溝、４ 半導体光電変換層、５ コンタクトライン、６ 裏面電極層、７ 第２分離溝、８ 保護材、９ 封止材、１０ 絶縁領域、１１ セル領域、１２ 電流取り出し用の電極、２１ 光ビーム、２２ 凸部、３１ 走査方向、４１ 絶縁試験装置、４２ 端子、４３ 端子、４５ 押さえ装置、１０１ ガラス基板、１０２ 透明電極、１０３ 透明電極スクライブ線、１０４ 光電変換層、１０５ 半導体スクライブ線、１０６ 裏面電極、１０７ 裏面電極スクライブ線、１０８ 保護フィルム、１０９ 封止材、１１１ セル領域、１１２ バスバー電極、１１３ 絶縁分離線、１１４ 面取り部。
Claims (5)
- 透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられたセル領域と、
前記セル領域上に設けられた封止材と、
前記封止材上に設けられた保護材とを備え、
前記セル領域は、第１の電極層と、光電変換層と、第２の電極層とを有し、
前記セル領域を取り囲むように前記透光性基板の周縁の表面が露出した領域である絶縁領域を有し、
前記絶縁領域は、前記透光性基板上に、前記透光性基板とは異なる材料からなる凸部を有する、太陽電池モジュール。 - 前記凸部は、錫、インジウムおよび亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つと、酸素とを含有する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記凸部は、略網目状に形成されている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記凸部は、前記透光性基板から１００ｎｍ以上の高さを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 透光性基板上に第１の電極層と光電変換層と第２の電極層とを有するセル領域を形成する工程と、
前記セル領域の周縁に光ビームを照射することによって、前記セル領域を取り囲むように前記透光性基板の周縁の表面を露出させて、前記透光性基板の前記周縁の表面が露出した領域である絶縁領域を形成する工程と、
前記セル領域上および前記絶縁領域上に封止材を用いて保護材を接着する工程と、を含み、
前記絶縁領域を形成する工程においては、１０Ｗ／ｃｍ2以上１６０Ｗ／ｃｍ2以下のパワー密度を有する第一の光ビームを照射した後、前記第一の光ビームの照射領域に第二の光ビームを照射することによって、前記透光性基板上に、前記透光性基板とは異なる材料からなる凸部を形成する、太陽電池モジュールの製造方法。
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