(57)【要約】【課題】裏面側にガラスが設けられている太陽電池モジュールの信頼性を高める技術を提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１０は、光起電力装置１２と、光起電力装置１２の受光面とは反対側の裏面側に設けられており、不純物イオンを含むガラス板２６と、光起電力装置１２とガラス板２６との間に設けられており、ガラス板２６から光起電力装置１２に向かう不純物イオンの拡散を抑制する拡散抑制層１４と、を備える。拡散抑制層１４は、樹脂材料で構成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力装置と、
前記光起電力装置の受光面とは反対側の裏面側に設けられており、不純物イオンを含むガラス板と、
前記光起電力装置と前記ガラス板との間に設けられており、前記ガラス板から前記光起電力装置に向かう不純物イオンの拡散を抑制する拡散抑制層と、を備え、
前記拡散抑制層は、樹脂材料で構成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記光起電力装置を覆う充填剤を更に備え、
前記拡散抑制層は、該拡散抑制層の酸素ガス透過度が前記充填剤の酸素ガス透過度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記拡散抑制層は、温度２５℃、相対湿度６５％の環境下、厚み２５μｍの試料で測定した酸素ガス透過度が１００００［ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ］未満の材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記拡散抑制層は、反射率が９０％以上の材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記拡散抑制層は、前記光起電力装置と対向する側に多孔質層を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記拡散抑制層は、前記ガラス板と対向する側の領域の密度が前記多孔質層の密度よりも高くなるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記拡散抑制層は、前記光起電力装置と対向する側から前記ガラス板と対向する側に向かって空孔の割合が小さくなるように構成された多孔質層を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記拡散抑制層は、酸化チタンを含有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置として、いわゆる太陽電池の開発が各方面で精力的に行われている。太陽電池は、クリーンで無尽蔵なエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できることから、新しいエネルギー源として期待されている。
【０００３】
このような太陽電池は、通常、ガラス基板上に透明導電膜や半導体素子層が設けられている。また、ガラスにはナトリウムなどのアルカリ金属が含まれていることが多いため、ガラスからのナトリウムの半導体素子層への溶出を防止するためにアルカリバリア層が設けられている場合もある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４４９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、太陽電池モジュールは屋外で使用されるため、モジュールとしてある程度の強度が必要となる。そこで、光電変換装置を太陽光受光側と裏面側の２枚のガラスで挟み込んだ太陽電池モジュールが考案されている。
【０００６】
しかしながら、裏面側のガラスからのアルカリ金属の溶出については何ら考慮されておらず更なる改善の余地がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、裏面側にガラスが設けられている太陽電池モジュールの信頼性を高める技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池モジュールは、光起電力装置と、光起電力装置の受光面とは反対側の裏面側に設けられており、不純物イオンを含むガラス板と、光起電力装置とガラス板との間に設けられており、ガラス板から光起電力装置に向かう不純物イオンの拡散を抑制する拡散抑制層と、を備える。拡散抑制層は、樹脂材料で構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る太陽電池モジュールを受光面とは反対側から見た場合の上面図である。
【図２】図１に示す太陽電池モジュールのＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す光起電力素子のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法の工程を説明するための断面の模式図である。
【図５】本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法の工程を説明するための断面の模式図である。
【図６】本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法の工程を説明するための断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
以下の各図に示す各層、各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールを太陽光受光面とは反対側から見た場合の上面図である。図２は、図１に示す太陽電池モジュールのＡ−Ａ断面図である。なお、図１では、封止材および保護材は省略してある。
【００１４】
太陽電池モジュール１０は、光起電力装置１２、透光性部材１６、絶縁体２０、インターコネクタ２２、充填剤２４および保護材としてのガラス板２６を備える。
【００１５】
光起電力装置１２は、長方形の平板またはフィルム状のユニットであり、複数の光起電力素子２８が整列した状態で配置されている。それぞれの光起電力素子２８は、互いに直列または並列に適宜接続されている。
【００１６】
透光性部材１６は、光を透過させる材料で構成されており、受光面１６ａとは反対側の裏面１６ｂ上に、光起電力装置１２として複数の光起電力素子２８が形成されている。
【００１７】
このように、透光性部材１６は、受光面１６ａを真正面から見た場合、光起電力装置１２を覆うように配設されている。なお、透光性部材１６としては、絶縁性を有するガラス、プラスチックなどを用いることができ、特に太陽光に含まれる波長の光に対する透過率が高い材料が好適である。
【００１８】
次に、光起電力素子２８について説明する。図３は、図１に示す光起電力素子のＢ−Ｂ断面図である。光起電力素子２８は、第１電極層３０、半導体層３２、透明導電膜３４および第２電極層３６を有する。第１電極層３０、半導体層３２、透明導電膜３４および第２電極層３６は、周知のレーザパターニングを施されながら透光性部材１６上に順次積層される。また、第２電極層３６の上には、充填剤２４、拡散抑制層１４、ガラス板２６が積層されている。
【００１９】
第１電極層３０は、透光性部材１６の面上に形成されており、導電性および透光性を有する。本実施の形態に係る第１電極層３０としては、高い光透過性、低抵抗性を有し、低価格であるＺｎＯが用いられる。
【００２０】
半導体層３２は、第１電極層３０側からの入射光により電荷（電子および正孔）を生成する。半導体層３２としては、例えば、ｐｉｎ接合またはｐｎ接合を基本構造として有するアモルファスシリコン半導体層や微結晶シリコン半導体層の単層体あるいは積層体を用いることができる。本実施の形態に係る半導体層３２は、第１電極層３０側からそれぞれ非晶質シリコン半導体、微結晶シリコン半導体が積層されたものとして構成されている。なお、本明細書において、「微結晶」の用語は、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶状態を含む状態をも意味するものとする。
【００２１】
透明導電膜３４は、半導体層３２上に形成されている。透明導電膜３４により、半導体層３２と第２電極層３６が合金化することが防止され、半導体層３２と第２電極層３６との接続抵抗を減少させることができる。
【００２２】
第２電極層３６は、透明導電膜３４上に形成される。一の光起電力素子２８の透明導電膜３４と第２電極層３６は、隣接する他の光起電力素子２８の第１電極層３０に接触する。これにより、一の光起電力素子２８と他の光起電力素子２８とが電気的に直列に接続される。
【００２３】
インターコネクタ２２は、このように直列に接続された複数の光起電力素子２８によって生成される電荷を、太陽電池モジュール１０の外部に導く。インターコネクタ２２は、直列に接続された複数の光起電力素子２８のうち両端にある光起電力素子２８と導通する導通部２２ａを有する。インターコネクタ２２としては、銅などの低抵抗率の材料が好ましい。なお、インターコネクタ２２と複数の光起電力素子２８との間の所定の領域には絶縁体２０が配置され、インターコネクタ２２の引き出し配線２２ｂと複数の光起電力素子２８とが部分的に絶縁される。
【００２４】
充填剤２４は、光起電力装置１２およびインターコネクタ２２を、透光性部材１６とガラス板２６との間に封止し、光起電力素子２８に加えられる衝撃を緩衝するように配置される。本実施の形態では、充填剤２４としてＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）を用いる。また、本実施の形態では、ガラス板２６として廉価な青板ガラス（フロートガラス）を用いている。なお、青板ガラスは、不純物イオンとして、例えば、ナトリウムなどのアルカリ金属を含んでいる。ガラス板２６は、太陽電池モジュール１０全体の強度を向上するとともに、太陽電池モジュール１０の裏面側からの水分や不純物の侵入を防止する。
【００２５】
ガラス板２６に含まれる不純物イオン（例えば、ナトリウム）は、ガラスから溶出してＥＶＡなどの充填剤２４の内部を拡散して光起電力装置１２（光起電力素子２８）に到達すると、半導体層３２や各電極層を劣化させ、光起電力装置１２の性能や信頼性の低下を招く一因となりうる。そこで、本実施の形態に係る光起電力装置１２は、充填剤２４とガラス板２６との間に拡散抑制層１４が設けられている。拡散抑制層１４は、その酸素ガス透過度が充填剤２４の酸素ガス透過度よりも低い材料で構成されている。なお、拡散抑制層１４の詳細については、後述する。
【００２６】
充填剤２４、拡散抑制層１４およびガラス板２６には貫通孔３８が設けられている。インターコネクタ２２の引き出し配線２２ｂの一方の端部は、貫通孔３８から外部に引き出され、端子ボックス４０に接続されている。
【００２７】
（太陽電池モジュールの製造方法）
次に、上述の太陽電池を備える太陽電池モジュールの製造方法について説明する。なお、以下では、光起電力素子２８を複数備える太陽電池モジュールについて説明するが、光起電力素子２８を一つ備える太陽電池モジュールであってもよい。
【００２８】
図４乃至図６は、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造方法の工程を説明するための断面の模式図である。
【００２９】
はじめに、図４（ａ）に示すように、４ｍｍ厚のガラスからなる透光性部材１６上に、スパッタリングにより６００ｎｍ厚のＺｎＯからなる第１電極層３０を形成する。そして、透光性部材１６の第１電極層３０側からＹＡＧレーザを照射して、第１電極層３０を短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、波長約１．０６μｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、プラズマ処理装置により半導体層３２を形成する。半導体層３２は、膜厚１５ｎｍのｐ型非晶質シリコン半導体膜、膜厚２００ｎｍのｉ型非晶質シリコン半導体膜、膜厚３０ｎｍのｎ型非晶質シリコン半導体膜、膜厚３０ｎｍのｐ型微結晶シリコン半導体膜、膜厚２０００ｎｍのｉ型微結晶シリコン半導体膜および膜厚３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン半導体膜を、第１電極層３０上に順次積層したものである。
【００３１】
ｐ型非晶質シリコン半導体膜は、ＳｉＨ４、ＣＨ４、Ｈ２およびＢ２Ｈ６との混合ガスを原料ガスとして形成される。ｉ型非晶質シリコン半導体膜は、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを原料ガスとして形成される。ｎ型非晶質シリコン半導体膜は、ＳｉＨ４、Ｈ２およびＰＨ３との混合ガスを原料ガスとして形成される。
【００３２】
また、ｐ型微結晶シリコン半導体膜は、ＳｉＨ４、Ｈ２およびＢ２Ｈ６との混合ガスを原料ガスとして形成される。ｉ型微結晶シリコン半導体膜は、ＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを原料ガスとして形成される。ｎ型微結晶シリコン半導体膜は、ＳｉＨ４、Ｈ２およびＰＨ３との混合ガスを原料ガスとして形成される。以下にプラズマ処理装置による各膜の成膜条件の詳細を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
積層された半導体層３２、第１電極層３０のパターニング位置からはずれた位置に第１電極層３０側からＹＡＧレーザを照射することにより透光性部材１６の裏面側に形成された半導体層３２を分離するように除去し、短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＺｎＯからなる透明導電膜３４を半導体層３２上にスパッタリングにより形成する。透明導電膜３４は、半導体層３２がパターニングにより除去された領域や側端部にも成膜される。
【００３６】
そして、図５（ａ）に示すように、２００ｎｍ厚のＡｇ膜を透明導電膜３４上にスパッタリングにより成膜し、第２電極層３６を形成する。このとき、第２電極層３６は、半導体層３２がパターニングにより除去された領域内の透明導電膜３４上にも成膜される。
【００３７】
次に、図５（ｂ）に示すように、半導体層３２のパターニング位置からずれた部分に、裏面側からＹＡＧレーザを照射することにより半導体層３２、透明導電膜３４および第２電極層３６を分離し、短冊状にパターニングする。当該レーザ分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数４ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。これにより、複数の光起電力素子２８が形成される。
【００３８】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１電極層３０や半導体層３２の側部（最外周）に回り込んだ透明導電膜３４と第２電極層３６は、レーザにより除去される。当該レーザ除去加工には、波長約１．０６μｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する。
【００３９】
以上により、互いに直列接続された複数の光起電力素子２８が透光性部材１６上に形成される。
【００４０】
次に、図６（ａ）に示すように、各光起電力素子２８を充填剤２４で覆う。一方、ガラス板２６の表面にあらかじめ所定の方法で拡散抑制層１４を形成し、ガラス板２６と拡散抑制層１４とを一体として充填剤２４に押し付けることで太陽電池モジュール１０が作製される（図６（ｂ）参照）。
【００４１】
（拡散抑制層）
次に、拡散抑制層１４について詳述する。前述のように、拡散抑制層１４は、ガラス板２６に含まれる不純物イオン（例えば、ナトリウムなどのアルカリ金属）の拡散を抑制するように構成されている。また、拡散抑制層１４を樹脂材料で構成することにより、ガラス板２６と充填剤２４との材質の違いにより発生する応力を緩和できる。
【００４２】
樹脂材料においては、高分子内を物質（例えば水分）が移動する際の移動しやすさは、その物質の自由体積によって決まる。そして、この自由体積と相関があるとされているのが、ガスバリア性能である。つまり、ガスバリア性能が高い樹脂材料では、内部をナトリウムなどのアルカリ金属が移動しにくいと言える。
【００４３】
そこで、本発明者が鋭意検討した結果、拡散抑制層１４は、温度２５℃、相対湿度６５％の環境下、厚み２５μｍの試料で測定した酸素ガス透過度が１００００［ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ］未満の材料が好ましいことがわかった。具体的には、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＣ（ポリカーボネート）などが好適である。なお、より好ましくは、５０００［ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ］以下、更により好ましくは、１０００［ｃｍ３／ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ］以下の酸素ガス透過度を有する樹脂材料が好ましい。
【００４４】
前述のように、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０は、光起電力装置１２と、ガラス板２６と、ナトリウムの拡散を抑制する拡散抑制層１４と、を備える。そのため、拡散抑制層１４によって、裏面側に設けられているガラス板２６に含まれているナトリウムが光起電力装置１２に到達することが抑制される。そのため、ナトリウムによって引き起こされる光起電力装置１２の性能の劣化や信頼性の低下が抑制される。
【００４５】
また、拡散抑制層１４は、反射率が９０％以上の材料または表面形状が好ましい。図６（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１０の構造上、光起電力素子２８で吸収されずにそのまま外部に放出された光は発電には寄与しない。しかしながら、拡散抑制層１４の、充填剤２４と対向する側の表面で多くの光を反射できれば、反射した光が再度光起電力素子２８に向かうこととなり、発電効率の向上に寄与する。
【００４６】
樹脂材料において反射率を高める方法の一つとして、樹脂材料の表面から内部に向けて多孔質層（発泡層）を形成することが挙げられる。これは、ランダムに形成された多孔質層によって樹脂材料内部における密度が一定でなくなるため、見かけ上屈折率の異なる層が含有されていることとなり、光散乱効果が高まり光反射率の向上につながると考えられる。
【００４７】
そこで、本実施の形態に係る拡散抑制層１４は、光起電力装置１２と対向する側に多孔質層を有している。これにより、反射率を高めることができる。多孔質層とは、例えば、樹脂材料の内部での発泡により形成された空間が連なった微細な細孔ということができる。また、表面から内部に向けて形成された微細な細孔ということもできる。細孔の径は、例えば、数ミクロンである。
【００４８】
このような多孔質層（発泡層）を有する樹脂材料の形成方法は、例えば、発泡性組成物を含む塗布液を支持体に塗布する方法やフィルム状に溶融成形する方法が挙げられる。このような方法には、電子線、紫外線、γ線等の活性エネルギー線を照射した後に加熱発泡する方法や、必要に応じてあらかじめ加熱された後に活性エネルギー線を照射して発泡させる方法、加熱と照射を同時に行う方法が含まれる。
【００４９】
拡散抑制層１４は、あらかじめシートやフィルムとして作製したものをガラス板２６に貼り付けてもよい。また、所望の成分を含む塗布液をガラス板２６に塗布することで拡散抑制層１４を形成してもよい。このように樹脂材料で構成される拡散抑制層１４をガラス板２６上に形成することで、ガラス板２６の表面にある凹凸や傷（マイクロクラック）が樹脂材料で埋められるため、ガラス板２６の強度、ひいては太陽電池モジュール１０全体の強度が向上する。
【００５０】
また、拡散抑制層１４は、ガラス板２６と対向する側の領域の密度が多孔質層の密度よりも高くなるように構成されている。また、拡散抑制層１４は、光起電力装置１２と対向する側からガラス板２６と対向する側に向かって空孔の割合が小さくなるように構成された多孔質層を有してもよい。これにより、拡散抑制層１４は、ガラス板２６と対向する側の領域ではナトリウムの拡散を防ぎつつ、光起電力装置１２と対向する側の領域での反射率を高めることができる。
【００５１】
また、拡散抑制層１４は、酸化チタンを含有している。これにより、反射率を更に高めることができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態では、半導体層３２の裏面側（ガラス板２６側）の電極が透明導電膜３４および第２電極層３６で構成されている。この場合、第２電極層３６が薄ければ、光起電力素子２８で吸収されなかった光が裏面側の電極を透過し拡散抑制層１４に到達し反射されるため、反射した光が光起電力素子２８で吸収される。しかしながら、第２電極層３６が厚いと、光起電力素子２８で吸収されなかった光が拡散抑制層１４に到達できない。そこで、半導体層３２の裏面側の電極を透明電極だけで構成することで、拡散抑制層１４による光の反射の効果が高まる。
【００５３】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００５４】
上述の各実施の形態に係る第１電極層３０としては、ＺｎＯの他、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｚｎ２ＳｎＯ４などの金属酸化物より選択された一種類あるいは複数種類の積層体により構成されていてもよい。なお、これらの金属酸化物には、Ｆ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｎｂなどがドープされていてもよい。
【００５５】
また、上述の充填剤２４としては、ＥＶＡの他、ＥＥＡ等のエチレン系樹脂、ＰＶＢ、シリコーン、ウレタン、アクリル、エポキシ樹脂などを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  太陽電池モジュール、  １２  光起電力装置、  １４  拡散抑制層、  １６  透光性部材、  １６ａ  受光面、  １６ｂ  裏面、  ２０  絶縁体、  ２２  インターコネクタ、  ２４  充填剤、  ２６  ガラス板、  ２８  光起電力素子、  ３０  第１電極層、  ３２  半導体層、  ３４  透明導電膜、  ３６  第２電極層。
【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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