(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接して配設される発電セル(1)の境界に、第一電極(3)と光発電層(8)とを貫通し、部分的に第一電極(3)と光発電層(8)と第二電極(4)とを貫通してレーザーウェルディング部(2)が設けられており、このレーザーウェルディング部(2)で隣接する発電セル(1)が直列に接続されている太陽電池において、レーザーウェルディング部(2)が設けられている部分に位置して、光発電層(8)と第二電極(4)の境界面に、部分的に連結窓(9A)のある絶縁ペースト(9)が塗布されており、絶縁ペースト(9)の連結窓(9A)を貫通するレーザーウェルディング部(2)が第一電極(3)と光発電層(8)に加えて、第二電極(4)を溶融し、隣接する発電セル(1)の第一電極(3)と第二電極(4)とを電気接続してなることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
第二電極(4)が電極切断溝(5)で切断され、第一電極(3)と光発電層(8)とが素子切断溝(6)で切断された発電セル(1)に、電極切断溝(5)と素子切断溝(6)の間に沿ってレーザーを照射し、照射するレーザーで、第一電極(3)及び光発電層(8)に加えて、第二電極(4)の一部を溶融して隣接する発電セル(1)の第一電極(3)を第二電極(4)に電気接続する太陽電池の製造方法において、電極切断溝(5)と素子切断溝(6)が設けられている部分に位置して、第二電極(4)と光発電層(8)との間に、連結窓(9A)のある絶縁ペースト(9)を塗布し、この絶縁ペースト(9)を塗布した後にレーザーを照射し、レーザーを連結窓(9A)に透過させて、連結窓(9A)部分で第一電極(3)と光発電層(8)に加えて、第二電極(4)も溶融することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電セルの境界にレーザーを照射して、隣接する発電セルを直列に接続している太陽電池とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、複数の発電セルを直列に接続して出力電圧を高くできる。このことを実現するために、１枚の太陽電池は、発電素子を複数の発電セルに分割し、分割した発電セルを直列に接続している。発電セルは、図１の概略断面図に示すように、隣接する発電セル１で、第一電極３と第二電極４を接続して直列に接続できる。発電セル１を直列接続すると、発電セル１の間に発電しない領域ができる。それは、発電セルを直列に接続するための領域が、発電に寄与しない無効領域となるからである。発電しない無効領域が広くなると、太陽電池が実質的に発電する面積が小さくなって、出力が小さくなるので、発電しない領域を狭くすることが大切である。
【０００３】
発電しない領域を狭くするために、発電セルの境界にレーザーを照射して、直列接続する技術が、特公平５−１８２７３号公報に記載されている。この公報に記載される太陽電池は、図１２と図１３の断面図に示すように、発電セル１の境界に、スポットに並べてレーザーウェルディング部２を設けている。レーザーウェルディング部２は、隣接する発電セル１の第一電極３を第二電極４に接続して直列接続する。レーザーウェルディング部２は、第二電極４を溶融する部分で、第一電極３と第二電極４とに接続されて、隣接する発電セル１を直列に接続する。隣接する発電セル１は、第二電極４が電極切断溝５で切断され、第一電極３と光発電層８とが素子切断溝６で切断されている。レーザーウェルディング部２は、素子切断溝６と電極切断溝５の間にあって、素子切断溝６と電極切断溝５で切断された発電セル１を直列に接続している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２と図１３に示す太陽電池は、３列にならべて平行に配設される、
▲１▼  電極切断溝５
▲２▼  レーザーウェルディング部２
▲３▼  素子切断溝６
で、太陽電池を複数の発電セル１に分割し、分割した発電セル１を直列に接続できる。電極切断溝５とレーザーウェルディング部２と素子切断溝６は互いに接近して配設できるので、発電セル１を分割して直列に接続する領域を狭くできる特長もある。
【０００５】
この構造の太陽電池は、レーザーを照射して、素子切断溝６とレーザーウェルディング部２とを設けることができる。ただ、レーザーを同一条件で照射して、素子切断溝６とレーザーウェルディング部２とを設けることができない。素子切断溝６は連続溝であるが、レーザーウェルディング部２はスポット状をしているからである。このため、レーザーウェルディング部２を設けるときに、レーザーの照射条件を相当に変更する必要があり、同一条件で簡単に能率よく多量生産できない欠点がある。
【０００６】
本発明の第１の目的は、この弊害を解消すること、すなわち、レーザーを連続的に照射して、発電セルを直列接続するレーザーウェルディング部を設けることができる太陽電池とその製造方法を提供するにある。
【０００７】
さらに、図１２と図１３に示す太陽電池は、レーザーウェルディング部２の抵抗を充分に小さくすることが難しい欠点もある。それは、第二電極４にスポット状に照射されるレーザーが、熱エネルギーで第二電極４を酸化させるからである。本発明の第２の目的は、レーザーウェルディング部の抵抗を小さくすることである。
【０００８】
さらにまた、太陽電池は、ほとんどのものが、光発電層と反対側に位置して、第二電極４の密着する、プラスチックフィルムや基板等の密着層７を有する。この構造の太陽電池は、第二電極４を密着層７に接着させることが大切であるが、第二電極４を強固に密着層７に接着するのが難しい欠点もある。本発明の第３の目的は、第二電極を密着層に確実に接着することを可能とする太陽電池とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載され太陽電池は、隣接して配設されている発電セル１の境界に、第一電極３と光発電層８とを貫通し、部分的には第一電極３と光発電層８と第二電極４とを貫通してレーザーウェルディング部２を設けている。このレーザーウェルディング部２は、隣接する発電セル１を直列に接続している。
【００１０】
さらに、この太陽電池は、レーザーウェルディング部２が設けられている部分に位置して、光発電層８と第二電極４の境界面に、部分的に連結窓９Ａのある絶縁ペースト９を塗布している。絶縁ペースト９の連結窓９Ａを貫通するレーザーウェルディング部２は、第一電極(3)と光発電層(8)に加えて、第二電極(4)を溶融し、隣接する発電セル１の第一電極３と第二電極４とを電気接続して、発電セル１を直列に接続している。
【００１１】
さらに、本発明の請求項２に記載される太陽電池の製造方法は、第二電極４を電極切断溝５で切断し、第一電極３と光発電層８を素子切断溝６で切断してなる発電セル１に、電極切断溝５と素子切断溝６の間に沿ってレーザーを照射し、照射するレーザーで、第一電極３及び光発電層８に加えて、第二電極４の一部を溶融して、隣接する発電セル１の第一電極３を第二電極４に電気接続する製造方法を改良したものである。本発明の製法は、電極切断溝５と素子切断溝６が設けられている部分に位置して、第二電極４と光発電層８の間に、連結窓９Ａのある絶縁ペースト９を塗布する。絶縁ペースト９を塗布した後、第一電極３から第二電極４に向かってレーザーを照射する。レーザーは連結窓９Ａに透過し、連結窓９Ａのある部分では、第一電極３と光発電層８に加えて、第二電極４も溶融して、隣接する発電セル１を直列に接続する。
【００１２】
【作用】
本発明の太陽電池は、第一電極３と光発電層８に連続する溝を設けて、レーザーウェルディング部２とすることができる。レーザーウェルディング部２が、隣接する発電セル１を直列接続する状態を図２と図３に示す。図２は、絶縁ペースト９の連結窓９Ａ部分の断面図を示している。図３は、絶縁ペースト９の連結窓９Ａのない部分の断面図である。
【００１３】
図２に示すように、レーザーウェルディング部２は、絶縁ペースト９の連結窓９Ａの部分では第二電極４を溶融し、窓のない部分では、図３に示すように第一電極３と光発電層８とを溶融するが、第二電極４を溶融しない。第二電極４を溶融するレーザーウェルディング部２は、図２と図３において、レーザーウェルディング部２の右側に位置する発電セル１の第一電極３を、レーザーウェルディング部２の左側に位置する発電セル１の第二電極４に接続する。第二電極４は、レーザーウェルディング部２の下端部で左右に分割されることはない。それは、レーザーウェルディング部２が、図２に示すように、連結窓９Ａの部分で局部的に第二電極４を溶融するが、図３に示すように、連結窓９Ａのない部分では、第二電極４を溶融しないからである。レーザーウェルディング部２は、第二電極４を分割しないが、図２に示すように、第二電極４を溶融する部分で第一電極３を第二電極４に電気接続する。それは、レーザーウェルディング部２においては、第一電極３が溶融されてレーザーウェルディング部２の内面に溶着され、溶着された第一電極３が第二電極４に接続されるからである。すなわち、レーザーウェルディング部２は、第一電極３を溶融して下端部で第二電極４に電気接続する。図２において、レーザーウェルディング部２の上部は、素子切断溝６の左側に隣接する発電セル１の第一電極３を溶融してここに接続され、レーザーウェルディング部２の下端部は、溶着される第一電極３を、電極切断溝５の右側に隣接する発電セル１の第二電極４に接続する。したがって、レーザーウェルディング部２の内面に溶着される第一電極３は、図２と図３において、素子切断溝６の左側に隣接する発電セル１の第一電極３を、電極切断溝５の右側に隣接する発電セル１の第二電極４に接続する。レーザーウェルディング部２の下端部において、第一電極３に接続される第二電極４は、連結窓９Ａのない部分においては、図３に示すように、レーザーウェルディング部２の下端部で左右に切り離されないので、レーザーウェルディング部２の内面に溶着される第一電極３を介して、素子切断溝６の左に隣接する発電セル１の第一電極３に接続される。
【００１４】
レーザーウェルディング部２は、絶縁ペースト９の連結窓９Ａで第二電極４を溶融し、連結窓９Ａのない部分では第二電極４を溶融しない。このため、図２と図３に示すように、第一電極３と光発電層８に、連続するレーザーウェルディング部２を設けて、左右の発電セル１を直列に接続できる。レーザーウェルディング部２は横に隣接して素子切断溝６が設けられる。素子切断溝６とレーザーウェルディング部２は、両方が連続する溝である。このため、第一電極３と光発電層８に、連続する溝を設けるようにレーザーを照射して、素子切断溝６とレーザーウェルディング部２の両方を設けることができる。
【００１５】
さらに、本発明の太陽電池とその製法は、連結窓９Ａのない部分、いいかえると、レーザーに溶融されないで残存する第二電極４が、熱に起因して悪い影響を受けるのを少なくできる。それは、連結窓９Ａのない部分に照射されるレーザーが絶縁ペースト９に吸収されると共に、連結窓９Ａにレーザーを照射するときに、レーザーで加熱される第二電極４が絶縁ペースト９で保護されるからである。第二電極４が熱の影響を受ける従来の太陽電池は、内部抵抗が大きくなる。熱の影響を少なくするために、スポット状に照射するレーザーウェルディング部２の間隔を広くするからである。
【００１６】
図４は、従来の太陽電池と本発明の太陽電池の、照度に対する出力電力を示している。この図において△は本発明の太陽電池の特性を示し、□は従来の太陽電池の特性を示す。本発明の太陽電池は、照度が強いとき、いいかえると大電流をとりだすときの出力電力を大きくできる。内部抵抗を小さくできるからである。ただし、この図は、従来の太陽電池と、本発明の太陽電池のレーザーウェルディング部２を下記の条件で試作したものの実測値である。
【００１７】
［従来の太陽電池］
▲１▼  レーザーウェルディング部２のスポット径………４０μｍ
▲２▼  レーザーウェルディング部２のスポット間隔……６０μｍ
［本発明の太陽電池］
▲１▼  絶縁ペースト９の幅………………………………１．３ｍｍ
▲２▼  連結窓９Ａの幅……………………………………０．４ｍｍ
▲３▼  連結窓９Ａの長さ…………………………………１．５ｍｍ
▲４▼  連結窓９Ａのない部分の長さ……………………０．６ｍｍ
【００１８】
さらに、本発明の太陽電池は、レーザーウェルディング部２を連続溝とするので、ここにプラスチック１０を充填して、第二電極４の表面に積層される密着層７に確実に接着できる特長もある。とくに、連続溝のレーザーウェルディング部２には未硬化で液状のプラスチックを確実に充填できる。レーザーウェルディング部２に隙間なく充填されるプラスチック１０は、密着層７に確実に接着される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための太陽電池とその製造方法を例示するものであって、本発明は太陽電池と製法を下記に特定しない。
【００２０】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２１】
図５ないし図８に示す太陽電池は、３つの発電セル１を直列に接続している。発電セル１は、ポリイミド樹脂である密着層７の上に、順番に、第二電極４と、光発電層８と、第一電極３を積層している。第二電極４は導電性を有する金属のメタル層で、光発電層８は光に照射されて発電するａ−Ｓｉ層で、第一電極３は導電性と透光性のあるＩＴＯである。
【００２２】
発電セル１の境界部分の拡大図を、図２と図３に示している。これ等の図に示すように、発電セル１は、レーザーウェルディング部２を介して互いに直列に接続されている。隣接する発電セル１は、電極切断溝５と素子切断溝６で電気的に切り離されている。電極切断溝５は第二電極４を切断し、素子切断溝６は第一電極３と光発電層８を切断している。電極切断溝５と素子切断溝６の間にレーザーウェルディング部２を設けて、発電セル１を直列に接続している。
【００２３】
レーザーウェルディング部２は、第一電極３を第二電極４に接続して、発電セル１を直列に接続する。連続して設けられるレーザーウェルディング部２が、第二電極４を左右に切り離してしまうと、隣接する発電セル１を直列に接続できなくなる。レーザーウェルディング部２が第二電極４を切り離さないように、第二電極４と光発電層８の境界に絶縁ペースト９が塗布される。絶縁ペースト９は、電気抵抗が大きくて、レーザーを吸収するものが使用できる。絶縁ペースト９には、たとえば、ポリイミド樹脂系、エポキシ系、ポリエステル樹脂系、ウレタン系、シリコン系の接着剤にカーボンやベンガラ等の顔料を混合したものが使用できる。
【００２４】
絶縁ペースト９は、電極切断溝５と素子切断溝６が設けられる部分に沿って設けられる。絶縁ペースト９は、電極切断溝５と素子切断溝６の外側まで延長される幅に塗布される。図２と図３に示すように、電極切断溝５と素子切断溝６の開口部に絶縁ペースト９が位置するからである。絶縁ペースト９は、電極切断溝５を設けた後の工程で、第二電極４に塗布される。このため、第二電極４の電極切断溝５には、図２と図３に示すように、絶縁ペースト９が充填される。絶縁ペースト９の幅は、たとえば、約１ｍｍである。ただし、本発明は絶縁ペースト９の幅を特定せず、たとえば、絶縁ペースト９の幅は０．５〜３ｍｍとすることもできる。
【００２５】
絶縁ペースト９は、図５に示すように連結窓９Ａを設けている。連結窓９Ａは、一定の間隔で絶縁ペースト９の中央に沿って設けられている。連結窓９Ａは、レーザーウェルディング部２を第二電極４に溶融させる開口部である。電極切断溝５と素子切断溝６は、絶縁ペースト９を貫通しない。したがって、電極切断溝５と素子切断溝６は、連結窓９Ａのない部分に設けられる。いいかえると、連結窓９Ａは電極切断溝５と素子切断溝６のない部分に設けられる。連結窓９Ａは、たとえば、幅を約０．４ｍｍとし、連結窓９Ａの長さを１．５ｍｍ、連結窓９Ａの間隔を０．６ｍｍとする。ただし、連結窓９Ａの幅は、０．１〜０．９ｍｍとすることもできる。また、連結窓９Ａの長さと間隔は、０．１〜１０ｍｍとすることもできる。
【００２６】
本発明の太陽電池は、絶縁ペースト９の形状を図５に示すはしご状に特定しない。絶縁ペースト９は、電極切断溝５と素子切断溝６の開口部を閉塞し、連結窓９Ａを貫通するレーザーウェルディング部２を第二電極４に接続できる全ての形状にできる。図９は他の実施例の太陽電池を示す。この図の太陽電池は、絶縁ペースト９の中心にそってスリット９Ｂを設け、スリット９Ｂの内側に点状に絶縁ペースト９を塗布して、スリット９Ｂに連結窓９Ａを設けている。
【００２７】
絶縁ペースト９の連結窓９Ａに沿って設けられるレーザーウェルディング部２は、連結窓９Ａの部分で第二電極４を溶融し、連結窓９Ａのない部分で第二電極４を溶融しない。第二電極４を溶融する部分で、レーザーウェルディング部２は、第二電極４に電気接続される。
【００２８】
以上の構造をしている太陽電池は、図１０に示すようにして、下記の工程で製造される。
（１）  密着層７であるポリイミド樹脂の表面に、メタル層である第二電極４を形成する。
（２）  レーザーを照射して、第二電極４を切断する。このとき、密着層７に透明の樹脂やガラスを使用すると、密着層７がレーザーを吸収しないので、第二電極４にのみ電極切断溝５を設けることができる。
（３）  電極切断溝５に沿って、第二電極４の表面に絶縁ペースト９を塗布する。
絶縁ペースト９は、図５のハッチングで示すように、所定の間隔で連結窓９Ａのある形状とする。
（４）  第二電極４の表面に、ａ−Ｓｉ層である光発電層８を形成する。
（５）  さらに、光発電層８の上に、ＩＴＯである第一電極３を形成する。
（６）  絶縁ペースト９に沿って、レーザーを照射して、連続する溝状に、素子切断溝６とレーザーウェルディング部２とを設ける。素子切断溝６は絶縁ペースト９の連結窓９Ａのない部分に設け、レーザーウェルディング部２は連結窓９Ａを貫通する位置に設ける。
【００２９】
素子切断溝６を設けるレーザーは、絶縁ペースト９に吸収されるので、第二電極４を溶融せず、第一電極３と光発電層８を溶融する。レーザーウェルディング部２を設けるレーザーは、連結窓９Ａのない部分では絶縁ペースト９に吸収され、連結窓９Ａの部分では絶縁ペースト９に吸収されない。したがって、連結窓９Ａのない部分では第一電極３と光発電層８を溶融し、連結窓９Ａの部分では第一電極３と光発電層８と第二電極４とを溶融する。図２に示すように、連結窓９Ａを貫通して、第二電極４を溶融するレーザーウェルディング部２が、第一電極３を第二電極４に電気接続して、発電セル１を直列に接続する。
【００３０】
以上のようにして製造された発電セル１は、密着層７の背面を背面フィルムで被覆し、第一電極３の表面には、アクリル樹脂等の透光性を有する未硬化で液状のプラスチックを塗布し、これを硬化させて太陽電池の表面を保護する。表面に塗布される液状のプラスチック１０は、図１１の断面図に示すように、連続溝であるレーザーウェルディング部２に充填され、連結窓９Ａの部分では密着層７に接着される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の太陽電池とその製造方法は、レーザーを連続的に照射して、隣接する発電セルを直列に接続するレーザーウェルディング部を設けることができる。それは、本発明の太陽電池が、第二電極と光発電層との境界に、連結窓のある絶縁ペーストを設けているからである。連結窓のある絶縁ペーストは、連結窓を貫通するレーザーウェルディング部で第二電極を部分的に溶融でき、連結窓のない部分では、レーザーウェルディング部が第二電極を溶融するのを阻止できる。このため、素子切断溝と同じように連続溝を設ける方法で、レーザーウェルディング部を設けることができ、素子切断溝とレーザーウェルディング部とを能率よく簡単に設けることができる。
【００３２】
さらに、本発明の太陽電池は、内部抵抗を小さくして、発電電力を有効に取出できる特長もある。それは、レーザーウェルディング部が第二電極を加熱して溶融することに起因する悪影響を少なくして、発電セルを小さい内部抵抗で直列に接続できるからである。このことは、図４の△で示す本発明の太陽電池の特性から明らかである。この図の□は従来の太陽電池の特性を示している。この図から明らかなように、本発明の太陽電池は入射光線の強度が強いときに、発電出力を大きくできる。
【００３３】
さらに、本発明の太陽電池は、レーザーウェルディング部を連続する溝状としているので、ここに隙間なくプラスチック等を充填できる。レーザーウェルディング部に充填されるプラスチックは、連結窓の部分で密着層に接着される。この構造の太陽電池は、レーザーウェルディング部に充填されるプラスチックで、密着層を確実に接着でき、密着層の剥離を有効に阻止できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電セルを直列に接続する状態を示す概略断面図
【図２】本発明の実施例の太陽電池であって、絶縁ペーストの連結窓の部分で切断した一部断面斜視図
【図３】本発明の実施例の太陽電池であって、絶縁ペーストの連結窓のない部分で切断した一部断面斜視図
【図４】従来の太陽電池と本発明の太陽電池の照度に対する発電出力を示すグラフ
【図５】本発明の実施例の太陽電池を示す平面図
【図６】図５に示す太陽電池のＡ−Ａ線断面図
【図７】図５に示す太陽電池のＢ−Ｂ線断面図
【図８】図５に示す太陽電池のＣ−Ｃ線断面図
【図９】本発明の他の実施例の太陽電池の平面図
【図１０】図５に示す太陽電池の製造工程を示す概略断面図
【図１１】第一電極にプラスチックを充填している太陽電池の断面図
【図１２】従来の太陽電池の一例を示す一部断面斜視図
【図１３】図１２に示す太陽電池であって、レーザーウェルディング部のない部分の一部断面斜視図
【符号の説明】
１…発電セル
２…レーザーウェルディング部
３…第一電極
４…第二電極
５…電極切断溝
６…素子切断溝
７…密着層
８…光発電層
９…絶縁ペースト                        ９Ａ…連結窓                        ９Ｂ…スリット
１０…プラスチック
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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