(57)【要約】      （修正有）【課題】穿孔手段によって粉砕された太陽電池粉塵の飛散を防止し、水等の液体を不必要な部分にまで飛散・浸透させることを防止することができるガラス基板の穿孔方法およびそのための治具を提供する。【解決手段】表面に薄膜太陽電池素子を備えたガラス基板１の穿孔方法であって、穿孔保持治具２の貫通孔２２が前記ガラス基板１の穿孔対象部分周囲に配されるよう、穿孔補助治具２をガラス基板１上に載置し、穿孔補助治具２の貫通孔２２に液体を満たし、穿孔手段４を貫通孔２２に通してガラス基板の穿孔対象部分に穿孔加工を行うことを特徴とするガラス基板１の穿孔方法。また、表面に薄膜太陽電池素子を備えたガラス基板１の穿孔加工で使用する穿孔補助治具２であって、穿孔補助治具本体２０に貫通孔２２を有し、貫通孔２２の端部周縁部であってガラス基板１に対して接する面に、弾性体からなるパッキン２１を備えることを特徴とする穿孔補助治具２。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に薄膜太陽電池素子を備えたガラス基板の穿孔方法であって、
載置台上にガラス基板を載置し、
貫通孔を有する穿孔保持治具の前記貫通孔が前記ガラス基板の穿孔対象部分周囲に配されるよう、前記穿孔補助治具を前記ガラス基板上に載置し、
前記穿孔補助治具の貫通孔に液体を満たし、
次いで、穿孔手段を前記貫通孔に通して前記ガラス基板の穿孔対象部分に穿孔加工を行うことを特徴とするガラス基板の穿孔方法。
【請求項２】
前記載置台は、前記ガラス基板の穿孔対象部分に対応する部分が開口し、
前記載置台の開口部には、前記液体が満たされることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の穿孔方法。
【請求項３】
表面に薄膜太陽電池素子を備えたガラス基板の穿孔加工で使用する穿孔補助治具であって、
前記穿孔補助治具本体に貫通孔を有し、前記貫通孔の端部周縁部であってガラス基板に対して接する面に、弾性体からなるパッキンを備えることを特徴とする穿孔補助治具。
【請求項４】
前記パッキンは、垂直断面においてテーパ形状を有し、
前記パッキンが前記穿孔補助治具に接する面よりも、前記パッキンが前記ガラス基板に接する面の方が小さいことを特徴とする請求項３に記載の穿孔補助治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールのガラス基板の穿孔技術に係り、特に、穿孔対象部分以外の箇所に及ぼす劣化や損傷等の影響を抑制することができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、シリコンなどの単結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池、薄膜太陽電池などの種類に大別され、これらのうち薄膜型のものは、同出力の他の太陽電池と比較して原料の使用量が少なく、また、製造プロセスが簡易かつ低エネルギーで済むという利点から、商品化開発が進められている。
【０００３】
薄膜型太陽電池の一種であるカルコパイライト型薄膜太陽電池は、カルコパイライト系化合物（例えばＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２、以下ＣＩＧＳと略称する）からなるＣＩＧＳ層をｐ型の光吸収層として有し、基本的な構造として、基板、裏面電極層、ｐ型光吸収層、ｎ型バッファ層、透明電極層からなり、光を照射することによって裏面電極層と透明電極層から電気を取り出すことができる。
【０００４】
このようなＣＩＧＳ層を光吸収層として備えた一般的なカルコパイライト型薄膜太陽電池の平面図および模式断面図を図５および６に示す。この電池は、基板上１０に、スパッタリング等により、正極として機能する裏面電極層１１が形成されている。裏面電極層１１上には、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅを含む光吸収層１２（ｐ型光吸収層、ｎ型バッファ層の両者を併せて単に光吸収層と称する）が形成され、その上に透明電極層１３が形成されている。
【０００５】
図５では、これら各層からなる単電池１４ａ〜１４ｇを、太陽電池素子１４として示した。太陽電池素子１４は、長方形で区切られた単電池１４ａ〜１４ｇが複数配列され、各々の隣接する裏面電極層と透明電極層（図４における裏面電極層１１ｂと透明電極層１３ａ等）が接続されることによって、直列に接続されている。
【０００６】
このような薄膜太陽電池をモジュール化した構造として、太陽電池の正極・負極それぞれから内部配線を延ばし、バックシートの一部に設けられた孔からそれら内部配線を出し端子箱に接続するようにしてなる構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このような構造では、内部配線はモジュール内部の封止材を通って延び、外部へ導出されるため、太陽電池素子が形成されたガラス基板に穿孔などの加工を施す必要はなかった。
【０００８】
一方、特許文献１のようなバックシートがなく、カバーガラスとガラス基板によって太陽電池素子を封止し、フレームに収めることで、強度を向上させ、外気からの腐食・劣化に対して耐久性を向上させたタイプの太陽電池モジュールの構造も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
この構造では、カバーガラスあるいはガラス基板に孔を空けて、正負の配線を外部に取り出す必要がある。孔をカバーガラスに開ける場合、太陽電池素子の発電が行われる側の面であるため、配線によってモジュールの有効面積が減少したり、美観の問題がある。そのため、図５に示すように、反対側の面であるガラス基板に孔を開け、配線を太陽電池素子の発電側とは反対側の面に導出することが好ましい。
【００１０】
この場合、ドリル等の穿孔手段を用いて機械的にガラス基板を穿孔しようとすると、穿孔部分において、ガラス基板および薄膜太陽電池素子が粉砕され、粉塵が生じることになる。また、穿孔手段の潤滑と冷却のために、穿孔部分を含む太陽電池に対して水等の液体を流すことが必要であるが、不必要な部分にまで水が飛散・浸透すると太陽電池素子が劣化するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１６５７２１号公報
【特許文献２】特開２００９−１８８３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、穿孔手段によって粉砕された太陽電池粉塵の飛散を防止し、水等の冷却のための液体を不必要な部分にまで飛散・浸透させることを防止することができるガラス基板の穿孔方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、表面に薄膜太陽電池素子を備えたガラス基板の穿孔方法であって、貫通孔を有する穿孔保持治具の貫通孔がガラス基板の穿孔対象部分周囲に配されるよう、穿孔補助治具をガラス基板上に載置し、穿孔補助治具の貫通孔に液体を満たし、次いで、穿孔手段を貫通孔に通してガラス基板の穿孔対象部分に穿孔加工を行うことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、表面に薄膜太陽電池素子を備えたガラス基板の穿孔加工で使用する穿孔補助治具であって、穿孔補助治具本体に貫通孔を有し、貫通孔の端部周縁部であってガラス基板に対して接する面に、弾性体からなるパッキンを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、上記のような穿孔補助治具を用い、治具の貫通孔に冷却等のための液体を満たしつつドリルなどの穿孔手段でガラス基板に対して機械的に穿孔加工を行っているので、液体によって太陽電池の粉塵が捕捉され、飛散することを防止することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、この冷却等のための液体は、穿孔部分を取り囲む治具の貫通孔内部のみに留められるので、太陽電池の不必要な部分にまで飛散させることを防止でき、素子の性能劣化を生じさせることがない、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガラス基板の穿孔方法を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るガラス基板の穿孔方法を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るガラス基板の穿孔方法を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の穿孔補助治具の平面図である。
【図５】本発明のガラス基板の穿孔方法を適用することができる薄膜太陽電池の平面図である。
【図６】図５におけるＡ−Ａ線断面図であって、薄膜太陽電池の製造方法を模式的に示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図を参照しながら更に詳細に説明する。
１）穿孔加工対象となる太陽電池
本発明のガラス基板の穿孔方法およびこの方法に用いる穿孔補助治具を適用することができる太陽電池モジュール構造は、カルコパイライト型薄膜太陽電池や、単結晶／多結晶／アモルファスシリコン型太陽電池など、既存の太陽電池を挙げることができ、限定されない。
【００１９】
しかしながら、シリコン太陽電池においては、太陽電池素子（シリコンセル）は基板とは別個に製造されるため、セルを基板上に自由に配置することができ、セルからガラス基板を貫通させ端子箱へ配線するとしても、配線の取り回しの自由度が高い。
【００２０】
一方、カルコパイライト型薄膜太陽電池では、ガラス基板に直接太陽電池素子を形成するため、太陽電池素子を基板から切り離して再配置することはできず、特にガラス基板を貫通させる配線には困難を伴う。このため、本発明のガラス基板の穿孔方法および穿孔補助治具は、このような薄膜太陽電池に対して好適に用いられる。
【００２１】
そのような本発明の穿孔方法を適用することが好ましいカルコパイライト型薄膜太陽電池１の平面図を図５に示す。また、そのＡ−Ａ線断面図であって、薄膜太陽電池１の製造工程を説明した部分拡大図（単電池１４ａおよび１４ｂ部分のみを拡大図示）を図６に示す。
【００２２】
すなわち、図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、まず、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）等からなる基板上１０に、正極として機能する金属Ｍｏ等からなる裏面電極層１１が金属Ｍｏターゲット等を用いてスパッタリング法等により成膜される。
【００２３】
図６（ｃ）に示すように、裏面電極層１１は、先端にスクライブ刃を有するか、あるいはレーザにより切削を行う切削手段によって切削され、分離溝によって複数に（裏面電極層１１ａおよび１１ｂに）分割される。
【００２４】
次に、図６（ｄ）に示すように、裏面電極層１１上およびこの分離溝中に、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａからなる光吸収層プリカーサが成膜され、続いてセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）雰囲気中熱処理することにより光吸収層プリカーサにＳｅを拡散させる処理を行いＣＩＧＳからなるｐ型光吸収層が形成される。さらに、光吸収層の上に化学析出法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｂａｔｈ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法、ＣＢＤ法）によって例えばＣｄＳやＺｎＳ、ＩｎＳからなるバッファ層が形成される。これらｐ型光吸収層およびバッファ層が、光吸収層１２とされる。
【００２５】
次に、図６（ｅ）に示すように、切削手段により光吸収層１２が複数の領域に（光吸収層１２ａおよび１２ｂに）分割される。また、図５（ｆ）に示すように、光吸収層１２上およびこの分離溝中に、ＺｎＯやＺｎＡｌＯ等からなる透明電極層１３が形成される。
【００２６】
最後に、図６（ｇ）に示すように、切削手段により透明電極層１３および光吸収層１２を共に切削し、透明電極層１３が複数の領域に（透明電極層１３ａおよび１３ｂに）分割され、図５に示すような、縦長の長方形の単電池１４ａ〜１４ｇが図面左右方向に複数直列接続されてなる太陽電池素子１４がガラス基板１０上に形成された薄膜太陽電池１が得られる。
【００２７】
なお、ガラス基板１０の厚さはｍｍ単位であるのに対して太陽電池素子１４の厚さはμｍ単位と極めて薄いが、図６では、説明のために太陽電池素子１４を厚さ方向に拡大して、模式的に示している。
【００２８】
以上のようにして得られた薄膜太陽電池１の平面図である図５において、符号１５ａは、正極集電体である。図５において最も左側の単電池１４ａの裏面電極層１１ａは、正極集電体１５ａと接続されており、正極集電体１５ａは、ガラス基板１０に形成された貫通孔１６ａを経由して配線がガラス基板１０の裏側へと導出され、配線箱１７ａより外部へ配線が取り出される。
【００２９】
同様にして、最も右側の単電池１４ｇの透明電極層（図６において図示せず）は、負極集電体１５ｂと接続されており、正極集電体１５ｂは、ガラス基板１０に形成された貫通孔１６ｂを経由して配線がガラス基板１０の裏側へと導出され、配線箱１７ｂより外部へ配線が取り出される。これら貫通孔１６ａおよび１６ｂを形成するために、本発明のガラス基板の穿孔方法および穿孔補助治具が用いられる。
【００３０】
２）第１実施形態
図１に、本発明の第１実施形態に係るガラス基板の穿孔方法の模式図を示す。
まず、穿孔作業のための載置台３上に、上述した薄膜太陽電池１が載置される。図においては、薄膜太陽電池１の太陽電池素子１４は厚さが極めて薄いために図示は省略したが、このとき、太陽電池素子１４は、図面上側および下側のいずれになるように載置台３上に載置してもよい。
【００３１】
ここで、穿孔補助治具２の断面図を図１に、平面図（下面図）を図４に、それぞれ示す。図に示すように、穿孔補助治具２は、例えばステンレス等の任意の材料で形成された補助治具本体２０の中央近傍に補助治具貫通孔２２が形成され、補助治具本体２０の薄膜太陽電池１と接する側であって補助治具貫通孔２２の周縁部に、例えば合成ゴムや天然ゴム等の任意の弾性体材料で形成されたパッキン２１が配されてなる。
【００３２】
この穿孔補助治具２が、パッキン２１が薄膜太陽電池１と密着するように、薄膜太陽電池１上に配置される。続いて、薄膜太陽電池１および穿孔補助治具２の内面によって区画された円筒状の空間に、例えば水等の液体５が満たされる。
【００３３】
続いて、ドリルやレーザ等の穿孔手段４を図面上方から下降させ、補助治具貫通孔２２を貫通させて、薄膜太陽電池１の所定の箇所に穿孔加工を行う。穿孔手段４としてドリルを用いる際は、図に示すように、ドリル表面に研磨材が設けられたものを用い、薄膜太陽電池１を研磨することによって穿孔を行う。このようにして、薄膜太陽電池１の所定の箇所に貫通孔１６ａおよび１６ｂを形成することができる。
【００３４】
上述した本実施形態によれば、穿孔手段４によって薄膜太陽電池１を穿孔した際に発生する粉砕された薄膜太陽電池の粉塵は、広範囲に飛散することなく液体５中に捕捉され、後工程で液体５を回収することによって、粉塵も容易に回収することができる。
【００３５】
また、所定の穿孔部分を取り囲むように穿孔補助治具２が配置され、パッキン２１が薄膜太陽電池１に密着配置されているので、粉塵および液体が薄膜太陽電池１の不必要な箇所にまで飛散したり浸透したりして結果として太陽電池素子を劣化させることを防止することができる。
３）第２実施形態
図２に、本発明の第２実施形態に係るガラス基板の穿孔方法の模式図を示す。
本実施形態においては、第１実施形態の載置台３において、薄膜太陽電池１の穿孔加工部分およびその周縁部に相当する領域に開口部３０を形成した以外の構成要素は、第１実施形態と共通であり、同じ符号を付与している。
【００３６】
本実施形態においては、まず、載置台３の上面に形成された開口部３０に、第１実施形態において穿孔補助治具２内部に満たされたものと同じ液体５が満たされる。続いて、載置台３上に、薄膜太陽電池１が載置される。以降は第１実施形態と同様にして、穿孔補助治具２が、パッキン２１が薄膜太陽電池１と密着するように、薄膜太陽電池１上に配置され、薄膜太陽電池１および穿孔補助治具２の内面によって区画された円筒状の空間に、液体５が満たされる。
【００３７】
最後に、穿孔手段４を図面上方から下降させ、補助治具貫通孔２２を貫通させて、薄膜太陽電池１の所定の箇所に穿孔加工を行う。このようにして、薄膜太陽電池１の所定の箇所に貫通孔１６ａおよび１６ｂを形成することができる。
【００３８】
本実施形態においては、第１実施形態によって得られる、薄膜太陽電池の粉塵を飛散させず液体中に捕捉する効果および液体を薄膜太陽電池の穿孔加工部以外の不必要な部分に飛散浸透させない効果に加えて、穿孔手段４によって薄膜太陽電池１の反対側まで貫通孔１６ａおよび／または１６ｂが貫通した際に、穿孔補助治具２の貫通孔２２内部に溜まった液体５が載置台３上に漏れ、薄膜太陽電池１を汚染することを防止できる。なお、この効果を得るために、第２実施形態においては、載置台３の開口部３０以外の上面は、薄膜太陽電池１と密着するように構成される。
【００３９】
４）第３実施形態
図３に、本発明の第３実施形態に係るガラス基板の穿孔方法の模式図を示す。
本実施形態においては、第１実施形態の断面が矩形状のパッキン２１に代えて、断面がテーパ形状を有するパッキン２２を用いた以外の構成要素は、第１実施形態と共通であり、同じ符号を付与している。
【００４０】
本実施形態においては、パッキン２２の薄膜太陽電池１への接触面を、第１実施形態よりもできるだけ小さくすることができ、また、穿孔補助治具２を薄膜太陽電池１に載置した際の面圧力を高くすることができる。これにより、液体５が外部に漏洩することを抑制することができる。
【００４１】
５）その他の構成要素・変更例
本発明においては、穿孔補助治具２は穿孔手段４と独立して配置することもでき、また、両者を一体とすることもできる。両者を一体に構成した場合は、穿孔手段４は穿孔補助治具２に対してずれることなく固定されているので、穿孔加工の際の穿孔手段４の穿孔補助治具２に対する位置決め精度が向上するという効果を奏する。
【００４２】
本発明においては、ガラス基板１０における貫通孔１６ａおよび１６ｂを形成する位置は、図４に図示した位置に限定されず、正極集電体１５ａおよび負極集電体１５ｂが存在する側の端辺部上にあれば、位置は限定されない。例えば、端辺部の中央にあってもよい。しかしながら、図４に示すように、角部近傍に形成すると、薄膜太陽電池１の強度が最も高くなるので、好ましい。
【００４３】
本発明においては、図２において穿孔補助治具２の貫通孔２２と、載置台３の開口部３０とは、同径であるように図示されているが、本発明はこの態様に限定されず、両者の径は異なっていても良い。補助治具貫通孔２２は、穿孔手段４を通過させる必要上、ある程度の開口径が必要であるが、載置台３の開口部３０の開口径は、薄膜太陽電池１の貫通孔１６ａおよび／または１６ｂを取り囲む最小限の径でよく、これにより、液体５による薄膜太陽電池１の汚染範囲を最小限にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
高発電効率を有するカルコパイライト型薄膜太陽電池の製造に有望である。
【符号の説明】
【００４５】
１…薄膜太陽電池、
１０…基板、
１１…裏面電極層、
１１ａ、１１ｂ…分割された裏面電極層、
１２…光吸収層、
１２ａ、１２ｂ…分割された光吸収層、
１３…透明電極層、
１３ａ、１３ｂ…分割された透明電極層、
１４…太陽電池素子、
１４ａ〜１４ｇ…単電池、
１５ａ…正極集電体、
１５ｂ…負極集電体、
１６ａ、１６ｂ…貫通孔、
１７ａ、１７ｂ…配線箱、
２…穿孔補助治具、
２０…補助治具本体、
２１、２２…パッキン、
２２…補助治具貫通孔、
３…載置台、
３０…載置台開口部、
４…穿孔手段、
５…液体（水）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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