JP5145456B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
本願は、２００９年３月１０日に出願された特願２００９−０５６７７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２００９年３月１０日に出願された特願２００９−０５６７７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし、一方でシリコン単結晶を利用した太陽電池は、シリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるため、インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされ、製造コストが高い。特に、屋外などに設置される大面積の太陽電池を実現する場合、シリコン単結晶を利用して太陽電池を製造すると、現状では相当にコストが掛かる。そこで、より安価に製造可能なアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用した太陽電池が、ローコストな太陽電池として普及している。
アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子及びホールを発生するアモルファスシリコン膜（ｉ型）が、ｐ型及びｎ型のシリコン膜によって挟まれたｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いている。この半導体膜の両面には、それぞれ電極が形成されている。太陽光によって発生した電子及びホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。
こうしたアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、ガラス基板にＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるＡｇ薄膜などが形成された構成が採用される。
このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画された太陽電池セルを形成し、互いに隣接する太陽電池セルを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザ光などを用いてスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成し、短冊状の複数の太陽電池セルを得て、この太陽電池セルが電気的に直列に接続された構造が採用される。
このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画された太陽電池セルを形成し、互いに隣接する太陽電池セルを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザ光などを用いてスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成し、短冊状の複数の太陽電池セルを得て、この太陽電池セルが電気的に直列に接続された構造が採用される。
ところで、複数の太陽電池セルが直列に接続されている薄膜系シリコン太陽電池においては、複数の太陽電池セルのうち、一部の太陽電池セルにおける出力（発電量）が低下すると、薄膜系シリコン太陽電池モジュール全体の出力が著しく低下する。例えば、太陽電池セルの製造工程において、パーティクルが混入したり、電極が不均一に形成されたり、電極に不良が生じたりした場合、或いは、光入射面にゴミが載ったり、光入射面が影で覆われたりした場合に、薄膜系シリコン太陽電池モジュール全体の出力が低下する。更に、出力が低下している太陽電池セルは、複数の太陽電池セルからなる直列回路における抵抗になり、その太陽電池セルの両端には逆方向に電圧（バイアス電圧）が印加される。この場合、太陽電池セル内の欠陥箇所に電流が集中し、局所的に加熱する現象（ホットスポット現象）が発生してしまう。このような局所的に発生する熱に起因して太陽電池セルの光起電力が失われ、太陽電池セルが破壊されるという問題がある。
従来、出力の低下とホットスポット現象を回避するために、薄膜シリコン太陽電池モジュールにバイパスダイオードを並列に接続することにより、光起電力が失われた太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、光起電力が失われた太陽電池セルの破壊を防止する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。更に、スクライブ線に平行に、部分的スクライブ線を設ける技術（例えば、特許文献２参照）等が知られている。
しかしながら、これらの技術においては、製造工程の数が増加し、複数のバイパスダイオードを並列接続することによってコストが増加する等の問題があった。
しかしながら、これらの技術においては、製造工程の数が増加し、複数のバイパスダイオードを並列接続することによってコストが増加する等の問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複雑な構造が不要であり、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、太陽電池モジュール製造における工程の数を増やすことなく、既設の装置において用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することができる製造方法を提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、太陽電池モジュール製造における工程の数を増やすことなく、既設の装置において用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することができる製造方法を提供することを第二の目的とする。
本発明の第１態様の太陽電池モジュールは、第一電極層，発電層，及び第二電極層が順に積層された積層体を含み、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルと、複数の前記太陽電池セルのうち、互いに隣接する太陽電池セルを区画するスクライブ線と、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成されたレーザスクライブ孔と、前記レーザスクライブ孔の周辺に生じたシャント領域からなるバイパス経路とを含む。
本発明の第１態様の太陽電池モジュールは、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成された複数のレーザスクライブ孔を含むことが好ましい。
ここで、複数のレーザスクライブ孔が配列する方向は、スクライブ線に平行な方向でもよいし、スクライブ線に直交する方向でもよいし、スクライブ線に対して所定の角度で交差する方向でもよい。
本発明の第２態様の太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に、第一電極層，発電層，及び第二電極層が順に積層された積層体を形成し、スクライブ線を形成することにより、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルを形成し、前記発電層及び第二電極層の一部にレーザ光を照射することによって、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するスクライブ孔を形成し、前記レーザ光を照射した時に発生する熱により、前記発電層及び第二電極層の加工端面に生じたシャント領域からなるバイパス経路を形成する。
なお、本発明における「太陽電池モジュール」は、単一の発電層を有するシングルセルに限定されず、複数の発電層が積層した多接合セルも含む。
また、「加工端面」とは、レーザ光の照射方向に略平行な面である。また、シャント領域は、基板に平行な方向において、加工端面から発電層及び第二電極層の内側に向けて形成された領域である。このようなシャント領域は、加工端面の近傍に形成されており、基板に平行な方向において、所定の深さを有する。このシャント領域においては、発電層より低い抵抗で第一電極層と前記第二電極層とが接続されている、若しくは、第一電極層，発電層，及び第二電極層が電気的に短絡している。
本発明の第１態様の太陽電池モジュールは、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成された複数のレーザスクライブ孔を含むことが好ましい。
ここで、複数のレーザスクライブ孔が配列する方向は、スクライブ線に平行な方向でもよいし、スクライブ線に直交する方向でもよいし、スクライブ線に対して所定の角度で交差する方向でもよい。
本発明の第２態様の太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に、第一電極層，発電層，及び第二電極層が順に積層された積層体を形成し、スクライブ線を形成することにより、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルを形成し、前記発電層及び第二電極層の一部にレーザ光を照射することによって、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するスクライブ孔を形成し、前記レーザ光を照射した時に発生する熱により、前記発電層及び第二電極層の加工端面に生じたシャント領域からなるバイパス経路を形成する。
なお、本発明における「太陽電池モジュール」は、単一の発電層を有するシングルセルに限定されず、複数の発電層が積層した多接合セルも含む。
また、「加工端面」とは、レーザ光の照射方向に略平行な面である。また、シャント領域は、基板に平行な方向において、加工端面から発電層及び第二電極層の内側に向けて形成された領域である。このようなシャント領域は、加工端面の近傍に形成されており、基板に平行な方向において、所定の深さを有する。このシャント領域においては、発電層より低い抵抗で第一電極層と前記第二電極層とが接続されている、若しくは、第一電極層，発電層，及び第二電極層が電気的に短絡している。
本発明の太陽電池モジュールは、発電層と第二電極層とを貫通するように形成されたレーザスクライブ孔を含む。
これにより、複数の太陽電池セルの一つに不具合が生じて出力が低下した場合であっても、レーザスクライブ孔周辺に生じたシャント領域がバイパス経路として作用するため、バイパス経路に電流を流すことができる。このため、出力が低下した太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、出力が低下した太陽電池セルが破壊されることを防止することができる。
その結果、本発明の太陽電池モジュールにおいては、複雑な構造が不要であり、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の太陽電池モジュールにおいては、レーザ光を照射することによって発電層及び第二電極層の一部を除去し、レーザスクライブ孔を形成している。
この方法によって得られる太陽電池モジュールにおいて、レーザスクライブ孔を形成する時に発生する熱により発電層及び第二電極層の加工端面にシャント領域が形成される。
その結果、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、工程の数を増やすことなく、既設の装置においてこの製造方法を用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することができる。
これにより、複数の太陽電池セルの一つに不具合が生じて出力が低下した場合であっても、レーザスクライブ孔周辺に生じたシャント領域がバイパス経路として作用するため、バイパス経路に電流を流すことができる。このため、出力が低下した太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、出力が低下した太陽電池セルが破壊されることを防止することができる。
その結果、本発明の太陽電池モジュールにおいては、複雑な構造が不要であり、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の太陽電池モジュールにおいては、レーザ光を照射することによって発電層及び第二電極層の一部を除去し、レーザスクライブ孔を形成している。
この方法によって得られる太陽電池モジュールにおいて、レーザスクライブ孔を形成する時に発生する熱により発電層及び第二電極層の加工端面にシャント領域が形成される。
その結果、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、工程の数を増やすことなく、既設の装置においてこの製造方法を用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュールを製造することができる。
以下、本発明に係る太陽電池モジュール、及びその製造方法の実施形態について、図面に基づき説明する。
なお、各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
なお、各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
図１は、本発明の実施形態に係るアモルファスシリコン型の太陽電池モジュールを示す拡大斜視図である。
図２Ａ〜図２Ｃは図１の太陽電池モジュールの層構成を示す断面図である。図２Ａは、図１のＸ１−Ｘ２線に沿う断面図である。図２Ｂは、図２Ａの符号Ａで示された部分を示す拡大断面図である。図２Ｃは、図１のＹ１−Ｙ２線に沿う断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール１０は、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル２１が基板１１の第１面１１ａ上に形成された構成を含む。太陽電池セル２１は、第一電極層１３，発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６を順に積層された積層体１２を含む。複数の太陽電池セル２１のうち、互いに隣接する太陽電池セルには、スクライブ線２０が形成されている。スクライブ線２０は、第一電極層１３上に形成されており、これによって複数の太陽電池セル２１が区画されている。
図２Ａ〜図２Ｃは図１の太陽電池モジュールの層構成を示す断面図である。図２Ａは、図１のＸ１−Ｘ２線に沿う断面図である。図２Ｂは、図２Ａの符号Ａで示された部分を示す拡大断面図である。図２Ｃは、図１のＹ１−Ｙ２線に沿う断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール１０は、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セル２１が基板１１の第１面１１ａ上に形成された構成を含む。太陽電池セル２１は、第一電極層１３，発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６を順に積層された積層体１２を含む。複数の太陽電池セル２１のうち、互いに隣接する太陽電池セルには、スクライブ線２０が形成されている。スクライブ線２０は、第一電極層１３上に形成されており、これによって複数の太陽電池セル２１が区画されている。
本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６を貫通するように形成されたレーザスクライブ孔３０（スクライブ孔）が形成されている。レーザスクライブ孔３０の周辺には、シャント領域３１が生じており、シャント領域３１からなるバイパス経路が設けられている。
これにより、複数の太陽電池セルの一つに不具合が生じて出力が低下した場合であっても、レーザスクライブ孔３０周辺に生じたシャント領域３１がバイパス経路として作用するため、バイパス経路に電流を流すことができる。このため、出力が低下した太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、出力が低下した太陽電池セルが破壊されることを防止することができる。
その結果、本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、複雑な構造が不要であり、ホットスポット現象を防止することができ、優れた信頼性を得ることができる。
これにより、複数の太陽電池セルの一つに不具合が生じて出力が低下した場合であっても、レーザスクライブ孔３０周辺に生じたシャント領域３１がバイパス経路として作用するため、バイパス経路に電流を流すことができる。このため、出力が低下した太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、出力が低下した太陽電池セルが破壊されることを防止することができる。
その結果、本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、複雑な構造が不要であり、ホットスポット現象を防止することができ、優れた信頼性を得ることができる。
基板１１は、例えば、ガラス又は透明樹脂等、太陽光の透過性に優れ、かつ、耐久性を有する絶縁材料からなる。この太陽電池モジュール１０においては、第１面１１ａとは反対側である基板１１の第２面１１ｂに太陽光Ｓが入射される。
積層体１２においては、基板１１の第１面１１ａ上に、第一電極層（下部電極）１３，発電層１４（半導体層）１４，バッファ層１５，及び第二電極層（上部電極）１６が順に積層されている。
第一電極層（下部電極）１３は、透明な導電材料、例えば、ＳｎＯ２，ＩＴＯ，ＺｎＯなどの光透過性の金属酸化物から形成されている。
第一電極層（下部電極）１３は、透明な導電材料、例えば、ＳｎＯ２，ＩＴＯ，ＺｎＯなどの光透過性の金属酸化物から形成されている。
発電層１４（半導体層）１４は、例えば、図２Ｂに示すように、ｐ型アモルファスシリコン膜１４ｐとｎ型アモルファスシリコン膜１４ｎとの間にｉ型アモルファスシリコン膜１４ｉが挟まれたｐｉｎ接合構造を有する。
発電層１４に太陽光が入射すると、電子及びホールが生じて、ｐ型アモルファスシリコン膜１４ｐとｎ型アモルファスシリコン膜１４ｎとの間において、電子及びホールが活発化される。この作用が連続的に繰り返されることによって、第一電極層１３と第二電極層１６との間に電位差が生じる（光電変換）。
発電層１４に太陽光が入射すると、電子及びホールが生じて、ｐ型アモルファスシリコン膜１４ｐとｎ型アモルファスシリコン膜１４ｎとの間において、電子及びホールが活発化される。この作用が連続的に繰り返されることによって、第一電極層１３と第二電極層１６との間に電位差が生じる（光電変換）。
また、発電層１４と、発電層１４の上方に形成される第二電極層１６との間には、バッファ層１５が配置されていることが好ましい。発電層１４と第二電極１６との間にバッファ層１５が配置されていることにより、第二電極１６から発電層１４中にシリコンが拡散し、反応することを抑制することができる。このようなバッファ層１５の材料は、例えば、ＺｎＯ等である。
第二電極層１６（上部電極）１６は、例えば、Ａｇ（銀）又はＡｌ（アルミニウム）等の導電性を有する光反射膜からなる。この第二電極層１６は、例えば、スパッタ法等の成膜法を用いて形成することができる。
このような積層体１２は、スクライブ線２０を形成することによって、複数の積層体に分割されている。これによって、例えば、短冊状の外形を有する複数の太陽電池セル２１が基板１１ａ上に形成されている。複数の太陽電池セル２１は電気的に区画され、互いに隣接する太陽電池セル２１が電気的に直列に接続されている。このような構成においては、上記の積層体１２を有する複数の太陽電池セル２１の全てが電気的に直列に接続されている。これによって、高い電位差及び高い電流量を有する電力を得ることができる。
スクライブ線２０は、例えば、基板１１の第１面１１ａに均一に積層体１２を形成した後、レーザ光等を積層体１２に照射することによって形成される。これによって、所定の間隔を有する溝が積層体１２に形成される。
スクライブ線２０は、例えば、基板１１の第１面１１ａに均一に積層体１２を形成した後、レーザ光等を積層体１２に照射することによって形成される。これによって、所定の間隔を有する溝が積層体１２に形成される。
特に、本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、図１及び図２Ｃに示すように、発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６を貫通するように複数のレーザスクライブ孔３０が形成されている。レーザスクライブ孔３０の周辺にシャント領域３１が生じており、これによってバイパス経路が設けられている。
複数のレーザスクライブ孔３０は、図１に示すように、スクライブ線２０と平行な線上に配列されている。
複数のレーザスクライブ孔３０は、図１に示すように、スクライブ線２０と平行な線上に配列されている。
従来の太陽電池セルにおいては、光入射面（第２面１１ｂ）にゴミが載ったり、この光入射面が影で覆われたりした場合に、太陽電池モジュール全体の出力が低下する。更に、出力が低下している太陽電池セルは、複数の太陽電池セルからなる直列回路における抵抗になり、その太陽電池セルの両端には逆方向に電圧（バイアス電圧）が印加される。この場合、太陽電池セル内の欠陥箇所に電流が集中し、局所的に加熱する現象（ホットスポット現象）が発生してしまう。
これに対し、本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、シャント領域３１がバイパス経路として機能するため、太陽電池セルにおいて生じた逆電圧の全てが局所的に集中することを抑制することができる。これにより、ホットスポットが形成されてしまうことを防止できる。
これに対し、本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、シャント領域３１がバイパス経路として機能するため、太陽電池セルにおいて生じた逆電圧の全てが局所的に集中することを抑制することができる。これにより、ホットスポットが形成されてしまうことを防止できる。
本発明は、レーザスクライブ孔３０が形成される位置，レーザスクライブ孔３０の形状，レーザスクライブ孔３０の大きさ等を限定しない。
レーザスクライブ孔３０を形成する工程における条件に依存して、太陽電池の曲線因子（ＦＦ）が低下する場合がある。例えば、必要以上にスクライブ孔３０の数を増加すると、特性が低下してしまう。このため、ホットスポット耐性が得られるように、例えば、ＦＦ値がＦＦ≧０．６０の範囲となるように、スクライブ孔３０の個数と、スクライブ孔３０が形成される位置とを決定することが好ましい。
具体的には、例えば、複数のレーザスクライブ孔３０が積層体１２に形成され、複数の前記スクライブ孔が線状に配列されていることが好ましい。
これにより、特性を低下させることなく、ホットスポットが形成されることを効果的に抑制することができる。
レーザスクライブ孔３０を形成する工程における条件に依存して、太陽電池の曲線因子（ＦＦ）が低下する場合がある。例えば、必要以上にスクライブ孔３０の数を増加すると、特性が低下してしまう。このため、ホットスポット耐性が得られるように、例えば、ＦＦ値がＦＦ≧０．６０の範囲となるように、スクライブ孔３０の個数と、スクライブ孔３０が形成される位置とを決定することが好ましい。
具体的には、例えば、複数のレーザスクライブ孔３０が積層体１２に形成され、複数の前記スクライブ孔が線状に配列されていることが好ましい。
これにより、特性を低下させることなく、ホットスポットが形成されることを効果的に抑制することができる。
次に、上述の構成を有する太陽電池モジュール１０の製造方法について説明する。
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を工程順に示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｆの各々は、図１のＹ１−Ｙ２線に沿う断面図に対応する。
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、レーザ光を照射することによって、発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６の一部が除去され、レーザスクライブ孔３０が形成されている。更に、レーザ光照射時に発生する熱により発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６の加工端面ｒｄにシャント領域３１が生じている。このシャント領域３１は、バイパス経路として機能する。
その結果、本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、太陽電池モジュール製造における工程の数を増やすことなく、既設の装置においてこの製造方法を用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュール１０を製造することが可能である。以下、工程順に説明する。
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を工程順に示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｆの各々は、図１のＹ１−Ｙ２線に沿う断面図に対応する。
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、レーザ光を照射することによって、発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６の一部が除去され、レーザスクライブ孔３０が形成されている。更に、レーザ光照射時に発生する熱により発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極層１６の加工端面ｒｄにシャント領域３１が生じている。このシャント領域３１は、バイパス経路として機能する。
その結果、本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、太陽電池モジュール製造における工程の数を増やすことなく、既設の装置においてこの製造方法を用いることができ、コストを削減することができ、ホットスポット現象を防止することができ、信頼性に優れた太陽電池モジュール１０を製造することが可能である。以下、工程順に説明する。
（１）まず、基板１１を用意する。
基板１１は、例えば、ガラス又は透明樹脂等、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料からなる。
（２）次に、図３Ａに示すように、基板１１の第１面１１ａ上に第一電極層１３を形成する。
この第一電極層１３は、光透過性を有する金属酸化物、例えばＡＺＯ（Ａｌを添加したＺｎＯ）、ＧＺＯ（Ｇａを添加したＺｎＯ）又はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等のＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）からなるＴＣＯ電極である。
基板１１は、例えば、ガラス又は透明樹脂等、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料からなる。
（２）次に、図３Ａに示すように、基板１１の第１面１１ａ上に第一電極層１３を形成する。
この第一電極層１３は、光透過性を有する金属酸化物、例えばＡＺＯ（Ａｌを添加したＺｎＯ）、ＧＺＯ（Ｇａを添加したＺｎＯ）又はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等のＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）からなるＴＣＯ電極である。
（３）次いで、図３Ｂに示すように、第一電極層１３上に、発電層１４のｐ型アモルファスシリコン膜１４ｐ，ｉ型アモルファスシリコン膜１４ｉ，及びｎ型アモルファスシリコン膜１４ｎを形成する（図２Ｂ参照）。これらの膜１４ｐ，１４ｉ，１４ｎの各々は、各膜を形成するための専用のプラズマＣＶＤ反応室内で形成される。
ｐ型アモルファスシリコン膜１４ｐは、反応室内において、プラズマＣＶＤ法により形成される。成膜条件としては、例えば、基板温度が１８０−２００℃、電源周波数が１３．５６ＭＨｚ、反応室内圧力が７０〜１２０Ｐａに設定される。また、反応ガス流量の条件としては、モノシラン（ＳｉＨ４）が３００ｓｃｃｍ，水素（Ｈ２）が２３００ｓｃｃｍ，水素を希釈ガスとして含むジボラン（Ｂ２Ｈ６／Ｈ２）が１８０ｓｃｃｍ，及びメタン（ＣＨ４）が５００ｓｃｃｍに設定される。
ｉ型アモルファスシリコン膜１４ｉは、反応室内において、プラズマＣＶＤ法により形成される。成膜条件としては、例えば、基板温度が１８０〜２００℃、電源周波数が１３．５６ＭＨｚ、反応室内圧力が７０〜１２０Ｐａに設定される。また、反応ガス流量の条件としては、モノシラン（ＳｉＨ４）が１２００ｓｃｃｍに設定される。
ｎ型アモルファスシリコン膜１４ｎは、反応室内において、プラズマＣＶＤ法により形成される。成膜条件としては、例えば、基板温度が１８０〜２００℃、電源周波数が１３．５６ＭＨｚ、反応室内圧力が７０〜１２０Ｐａに設定される。また、反応ガス流量の条件としては、水素を希釈ガスとして含むホスフィン（ＰＨ３／Ｈ２）が２００ｓｃｃｍに設定される。
（４）次に、図３Ｃに示すように、発電層１４上に、バッファ層１５及び第二電極１６をスパッタ法により順に形成する。バッファ層１５及び第二電極層１６は、例えば、インライン型のスパッタ装置を用いて、同じ装置内で連続して形成（成膜）される。また、第二電極層１６上に、例えば、スパッタ法等を用いて保護層１７を形成してもよい。
（５）次に、発電層１４、バッファ層１５及び第二電極層１６に向けて、例えばレーザ光線等を照射して、スクライブ線（スクライブライン）２０を形成する。これにより、積層体１２は、複数の積層体に分割されており、これによって短冊状の複数の太陽電池セル２１が得られる。
複数の太陽電池セル２１は、互いに電気的に区画されている。また、互いに隣接する太陽電池セル２１は、電気的に直列に接続される。
複数の太陽電池セル２１は、互いに電気的に区画されている。また、互いに隣接する太陽電池セル２１は、電気的に直列に接続される。
（６）次に、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、基板１１の第２面１１ｂにおける所定の部位にレーザ光ｒを照射することによって、発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極１６を除去し、レーザスクライブ孔３０を形成する。具体的に、第２面１１ｂ上（第一電極層１３上）をレーザ光ｒの照射スポットｒｐでスキャンすることにより、この部位に対応する位置に形成されている発電層１４，バッファ層１５，及び第二電極１６が除去される。複数のレーザスクライブ孔３０は、スクライブ線２０に平行な方向に配列されている。
レーザ光ｒとしては、例えば、ＩＲレーザ光が用いられる。赤外光を発振するレーザ光発振器を用いることにより、ＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）レーザ光を発生させ、基板１１の第２面１１ｂにレーザ光を照射することができる。
赤外光は、波長７８０ｎｍより長い光であり、熱線とも呼ばれている。赤外光は、大きい熱作用を生じさせる光である。
このＩＲレーザ光としては、ＣＯ２レーザ光又はＹＡＧレーザ光（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ Ｌａｓｅｒ）が用いられる。ＹＡＧレーザ光を用いる場合には、ＩＲレーザ光は基本波（波長１０６４ｎｍ）であり、そのスポットｒｐの径を、例えば、６０μｍ以上に大きくすることができる。
赤外光は、波長７８０ｎｍより長い光であり、熱線とも呼ばれている。赤外光は、大きい熱作用を生じさせる光である。
このＩＲレーザ光としては、ＣＯ２レーザ光又はＹＡＧレーザ光（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ Ｌａｓｅｒ）が用いられる。ＹＡＧレーザ光を用いる場合には、ＩＲレーザ光は基本波（波長１０６４ｎｍ）であり、そのスポットｒｐの径を、例えば、６０μｍ以上に大きくすることができる。
ＩＲレーザ光を照射することによって、上記発電層１４，バッファ層１５，第二電極１６，及び保護層１７をエッチングすると、これらの層１４，１５，１６，１７の加工端面ｒｄにダメージが生じる。具体的に、レーザ光照射時に発生する熱に起因して、層１４，１５，１６，１７から蒸発して除去されたパーティクルが加工端面ｒｄに付着する。このようなパーティクルは、主にＴＣＯである。また、発電層１４が吸収する波長に赤外波長が含まれることに起因して、エレクトロマイグレーション等のダメージも生じる。このように、層１４，１５，１６，１７の加工端面ｒｄにダメージが生じることによって、層１４，１５，１６，１７が互いに電気的に短絡している短絡部が形成され、即ち、シャント領域３１が形成される。
最後に、図３Ｆに示すように、図１及び図２Ａ〜図２Ｃに示す太陽電池モジュール１０が得られる。
なお、上述した太陽電池モジュール１０の製造方法においては、複数のレーザスクライブ孔３０はスクライブ線２０に平行な方向に配列されているが、複数のレーザスクライブ孔３０が配列する方向は、スクライブ線２０に直交する方向でもよいし、スクライブ線に対して所定の角度で交差する方向でもよい。
なお、上述した太陽電池モジュール１０の製造方法においては、複数のレーザスクライブ孔３０はスクライブ線２０に平行な方向に配列されているが、複数のレーザスクライブ孔３０が配列する方向は、スクライブ線２０に直交する方向でもよいし、スクライブ線に対して所定の角度で交差する方向でもよい。
このようにして製造された太陽電池モジュール１０においては、複数の太陽電池セルの一つに不具合が生じて出力が低下した場合であっても、レーザスクライブ孔周辺に生じたシャント領域がバイパス経路として作用するため、バイパス経路に電流を流すことができる。このため、出力が低下した太陽電池セルに印加される電圧を低減させ、出力が低下した太陽電池セルが破壊されることを防止することができる。その結果、太陽電池モジュール１０においては、出力が低下することを防止し、ホットスポット現象を防止することができ、優れた信頼性を得ることができる。
次に、本発明の実施例について説明する。
この実施例においては、以下のように太陽電池モジュールを作製している。
まず、透明基板上に第一電極層を形成した。
次いで、第一電極層上に、ｐ型アモルファスシリコン膜，ｉ型アモルファスシリコン膜，及びｎ型アモルファスシリコン膜の各々を、各膜を形成するための専用のプラズマＣＶＤ反応室内で形成し、発電層を形成した。
次に、発電層をレーザ照射によって分離した後に、発電層上に、スパッタ法を用いて、バッファ層及び第二電極層を順に形成した。次に、第一電極層，発電層，及び第二電極層に向けて、レーザ光線を照射して、スクライブ線（スクライブライン）を形成した。
次に、発電層，バッファ層，及び第二電極を貫くようにレーザスクライブ孔を形成した。
以下に、実施例１〜８及び比較例におけるレーザスクライブ孔を形成する条件について説明する。
この実施例においては、以下のように太陽電池モジュールを作製している。
まず、透明基板上に第一電極層を形成した。
次いで、第一電極層上に、ｐ型アモルファスシリコン膜，ｉ型アモルファスシリコン膜，及びｎ型アモルファスシリコン膜の各々を、各膜を形成するための専用のプラズマＣＶＤ反応室内で形成し、発電層を形成した。
次に、発電層をレーザ照射によって分離した後に、発電層上に、スパッタ法を用いて、バッファ層及び第二電極層を順に形成した。次に、第一電極層，発電層，及び第二電極層に向けて、レーザ光線を照射して、スクライブ線（スクライブライン）を形成した。
次に、発電層，バッファ層，及び第二電極を貫くようにレーザスクライブ孔を形成した。
以下に、実施例１〜８及び比較例におけるレーザスクライブ孔を形成する条件について説明する。
（実施例１〜４）
ＹＡＧレーザ光（波長１０６４ｎｍ）を用いて、レーザスクライブ孔を形成した。
ビーム径は４５μｍである。レーザ光照射条件は０．７〜１．０（Ｊ／ｃｍ２）である。実施例１〜４においては、スクライブ線に平行な方向に複数のレーザスクライブ孔を形成した。複数のレーザスクライブ孔の間隔は、表１に示されている。
ＹＡＧレーザ光（波長１０６４ｎｍ）を用いて、レーザスクライブ孔を形成した。
ビーム径は４５μｍである。レーザ光照射条件は０．７〜１．０（Ｊ／ｃｍ２）である。実施例１〜４においては、スクライブ線に平行な方向に複数のレーザスクライブ孔を形成した。複数のレーザスクライブ孔の間隔は、表１に示されている。
（実施例５〜８）
ＹＡＧＳＨＧレーザ光（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｓｅｒ、波長５３２ｎｍ）を用いて、レーザスクライブ孔を形成した。ビーム径は４５μｍである。レーザ光照射条件は０．７〜１．０（Ｊ／ｃｍ２）である。実施例５〜８においては、スクライブ線に平行な方向に複数のレーザスクライブ孔を形成した。複数のレーザスクライブ孔の間隔は、表１に示されている。
ＹＡＧＳＨＧレーザ光（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｓｅｒ、波長５３２ｎｍ）を用いて、レーザスクライブ孔を形成した。ビーム径は４５μｍである。レーザ光照射条件は０．７〜１．０（Ｊ／ｃｍ２）である。実施例５〜８においては、スクライブ線に平行な方向に複数のレーザスクライブ孔を形成した。複数のレーザスクライブ孔の間隔は、表１に示されている。
（比較例）
比較例おいては、レーザスクライブ孔を形成しなかった。
比較例おいては、レーザスクライブ孔を形成しなかった。
実施例１〜８の太陽電池モジュール及び比較例の太陽電池モジュールについて、ホットスポット試験を行った。
太陽電池モジュールの各々の評価方法としては、ＩＥＣ−６１６４６（２００８）のホットスポット耐性試験（以下、ＨＳ試験とも呼ぶ）を行う前におけるＦＦ値と、ＨＳ試験を行った後のＦＦ値とを比較した。
評価結果を表１に示す。
太陽電池モジュールの各々の評価方法としては、ＩＥＣ−６１６４６（２００８）のホットスポット耐性試験（以下、ＨＳ試験とも呼ぶ）を行う前におけるＦＦ値と、ＨＳ試験を行った後のＦＦ値とを比較した。
評価結果を表１に示す。
表１から明らかなように、レーザスクライブ孔を形成しなかった比較例の太陽電池モジュールにおいて、ＨＳ試験を行う前のＦＦ値（初期値）と、ＨＳ試験を行った後のＦＦ値とを比較すると、ＦＦ値が大きく劣化していることが確認された。
これに対し、レーザスクライブ孔を形成した実施例１〜８の太陽電池モジュールにおいて、ＨＳ試験を行う前のＦＦ値（初期値）と、ＨＳ試験を行った後のＦＦ値とを比較すると、ＦＦ値の劣化が大幅に抑えられていることが確認された。
このように実施例１〜８おいてＦＦ値の劣化を抑制することができる理由は、レーザスクライブ孔周辺に生じたシャント領域がバイパス経路として機能していると考えられる。
これに対し、レーザスクライブ孔を形成した実施例１〜８の太陽電池モジュールにおいて、ＨＳ試験を行う前のＦＦ値（初期値）と、ＨＳ試験を行った後のＦＦ値とを比較すると、ＦＦ値の劣化が大幅に抑えられていることが確認された。
このように実施例１〜８おいてＦＦ値の劣化を抑制することができる理由は、レーザスクライブ孔周辺に生じたシャント領域がバイパス経路として機能していると考えられる。
以上、本発明の太陽電池モジュール及びその製造方法について説明したが、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記の太陽電池モジュールにおいては、モジュール構造として、単一の発電層を有するシングルセル構造を例に挙げて説明したが、本発明は、この構造に限定されない。複数の発電層が積層された多接合セルにおいても本発明の構造を適用することができる。
上記の太陽電池モジュールにおいては、モジュール構造として、単一の発電層を有するシングルセル構造を例に挙げて説明したが、本発明は、この構造に限定されない。複数の発電層が積層された多接合セルにおいても本発明の構造を適用することができる。
本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に広く適用可能である。
１０ 太陽電池モジュール、１１ 基板、１２ 積層体、１３ 第一電極層、１４ 発電層、１５ バッファ層、１６ 第二電極層、２０ スクライブ線、２１ 太陽電池セル、３０ レーザスクライブ孔、３１ シャント領域。
Claims (3)
- 太陽電池モジュールであって、
第一電極層，発電層，及び第二電極層が順に積層された積層体を含み、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルと、
複数の前記太陽電池セルのうち、互いに隣接する太陽電池セルを区画するスクライブ線と、
前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成されたスクライブ孔と、
前記スクライブ孔の周辺に生じたシャント領域からなるバイパス経路と
を含むことを特徴とする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、
前記発電層と前記第二電極層とを貫通するように形成された複数のスクライブ孔を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 太陽電池モジュールの製造方法であって、
基板上に、第一電極層，発電層，及び第二電極層が順に積層された積層体を形成し、
スクライブ線を形成することにより、電気的に直列に接続された複数の太陽電池セルを形成し、
前記発電層及び第二電極層の一部にレーザ光を照射することによって、前記発電層と前記第二電極層とを貫通するスクライブ孔を形成し、
前記レーザ光を照射した時に発生する熱により、前記発電層及び第二電極層の加工端面に生じたシャント領域からなるバイパス経路を形成する
ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
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