(57)【要約】【課題】集電電極と透明導電膜（電極層）とによって括れた部分が形成される場合であっても封止膜を確実に形成できることにより、水分の浸入をより確実に抑えることができる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】基板上に、光電変換層、電極層、被覆層がこの順で形成され、電極層上に一方向に延びる集電電極が形成された太陽電池モジュールであって、電極層と被覆層との間には、集電電極を含む電極層の表面を平坦化する平坦化膜と、この平坦化膜上に水分の浸入を抑える封止膜とが形成されている構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、光電変換層、電極層、被覆層がこの順で形成され、前記電極層上に一方向に延びる集電電極が形成された太陽電池モジュールであって、
前記電極層と前記被覆層との間には、前記集電電極を含む電極層の表面を平坦化する平坦化膜と、この平坦化膜上に水分の浸入を抑える封止膜とが形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】
前記平坦化膜は、前記電極層上に液状体を塗布することによって形成され、前記封止膜は、ガス粒子を堆積させることにより形成されている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】
前記集電電極は、その一方向に延びる方向と直交する方向の幅寸法において、前記電極層に接する部分の幅寸法が、最大幅寸法に比べて小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記集電電極は、一方向に延びる金属製のワイヤであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記平坦化膜は、前記集合電極が前記電極層に接する部分に形成される膜厚が、他の部分に形成される膜厚よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、光エネルギを電気エネルギに変換する光電変換層上に集合電極を有する薄膜系の太陽電池モジュールに関するものであり、集合電極に厚みがある場合であっても外部からの水分の浸入を抑えることができる太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜系太陽電池モジュールは、図４に示されるように、フィルム等の基板１０１上に、アモルファスシリコン等により形成される光電変換層１０２と、透明導電性酸化物により形成される透明導電膜１０３（電極層）と、フッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂を含む複合フィルムで形成されるカバー部材１０５とがこの順に積層されて形成されている。また、透明導電膜１０３上には、集電電極１０４が設けられており、光電変換層１０２で形成された電気エネルギが効率よく取り出せるようになっている。この集電電極１０４は、金属ペースト１０４ａ（図４（ｂ）参照）で薄膜状に形成されており、一方向に延びる形状を有している。そして、複数本の集電電極１０４は、一方側端部が取り出し電極１０７に接続されており、それぞれほぼ等間隔で配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、透明導電膜１０３とカバー部材１０５との間には、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の熱硬化性樹脂からなる充填材１０６が充填されており、光電変換層１０２、透明導電膜１０３への水分の浸入が抑えられている。
【０００４】
ところが、この充填材１０６は、光劣化により、耐水性、耐湿性、耐アルカリ性といった耐候特性が低下するため、長期的な使用により徐々に劣化すると光電変換層１０２、透明導電膜１０３に水分が浸入する虞がある。そのため、特許文献２に示すように、透明導電膜１０３上に封止膜が形成されることにより、水分の浸入を抑えることができる。この封止膜は、プラズマＣＶＤ等の気相成長法により形成されるため、透明導電膜１０３を形成した後、所定の真空度に維持されたチャンバ内で透明導電膜１０３上にガス粒子を堆積させることにより形成される。その後、封止膜とカバー部材１０５との間に充填材１０６を充填させることにより、太陽電池モジュール内部への水分の浸入がより確実に防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０３８３４
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１５０６９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、コストを抑える目的で、集電電極１０４に断面がほぼ円形の金属ワイヤ１０４ｂ（図５参照）が用いられている。ところが、集電電極１０４に金属ワイヤ１０４ｂを用いて封止膜１０８を形成しようとすると、図５に示すように、集電電極１０４を含む透明導電膜１０３（電極層）の表面全体を封止膜１０８で完全には覆うことができず、水分の浸入防止を確実には行うことができないという問題があった。
【０００７】
具体的には、金属ワイヤ１０４ｂの厚み（１００μｍ程度）は、金属ペースト１０４ａ（図４（ｂ）参照）の厚み（３０μｍ程度）に比べて非常に厚く形成されており、さらに、図５に示すように、金属ワイヤ１０４ｂの断面の幅寸法ｍは、最大幅寸法Ｍに比べて透明導電膜１０３に接する部分の幅寸法ｍが小さく形成されている。すなわち、透明導電膜１０３の表面付近には、集電電極１０４と透明導電膜１０３とによって括れた部分Ｐが形成される。そのため、透明導電膜１０３上に気相成長法により封止膜１０８を形成すると、透明導電膜１０３付近の括れた部分Ｐにガス粒子が堆積されないために封止膜１０８が形成されず、この括れた部分Ｐから水分の浸入を許容してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、集電電極と透明導電膜（電極層）とによって括れた部分が形成される場合であっても封止膜を確実に形成できることにより、水分の浸入をより確実に抑えることができる太陽電池モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の太陽電池モジュールは、基板上に、光電変換層、電極層、被覆層がこの順で形成され、前記電極層上に一方向に延びる集電電極が形成された太陽電池モジュールであって、前記電極層と前記被覆層との間には、前記集電電極を含む電極層の表面を平坦化する平坦化膜と、この平坦化膜上に水分の浸入を抑える封止膜とが形成されていることを特徴としている。
【００１０】
上記太陽電池モジュールによれば、電極層と前記被覆層との間に集電電極を含む電極層の表面を平坦化する平坦化膜を形成するため、集電電極と電極層とで形成される表面の凹凸が平坦化され、集電電極を含む電極層の表面全体を平坦化することができる。すなわち、集電電極と電極層とによって括れた部分が形成される場合であっても、その括れた部分が平坦化膜で埋められることにより平坦化される。そして、集電電極を含む電極層上に封止膜を形成することにより、電極層上に一様な封止膜が確実に形成することができるため、外部からの水分の浸入をより確実に抑えることができる。
【００１１】
また、前記平坦化膜は、前記電極層上に液状体を塗布することによって形成され、前記封止膜は、ガス粒子を堆積させることにより形成されることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、平坦化膜が液状体を塗布することによって形成されるため、その液状体が括れた部分に浸入し、その括れた部分で液溜まり（平坦化膜）が形成される。これにより、括れた部分の深さが浅くなるため、集電電極を含む電極層上に気相成長法による封止膜の形成が可能になる。
【００１３】
また、前記集電電極が、その一方向に延びる方向と直交する方向の幅寸法において、前記電極層に接する部分の幅寸法が、最大幅寸法に比べて小さくなるように形成されている場合であっても、前記平坦化膜が前記電極層に接する部分、すなわち、括れた部分を埋めるように堆積するため、集電電極を含む電極層の表面が滑らかに形成される。したがって、平坦化膜上に形成される封止膜が欠陥部分なく一様に形成される。
【００１４】
なお、前記集電電極の具体的な態様としては、一方向に延びる金属製のワイヤが挙げられる。
【００１５】
また、前記平坦化膜は、前記集合電極が前記電極層に接する部分に形成される膜厚が、他の部分に形成される膜厚よりも厚く形成されている構成にしてもよい。
【００１６】
この構成によれば、括れた部分を平坦化膜で確実に埋めると共に、集電電極を含む電極層の表面を平坦化することができ、封止膜を確実に形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の太陽電池モジュールによれば、集電電極と電極層とによって括れた部分が形成される場合であっても封止膜を確実に形成できることにより、水分の浸入をより確実に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの構成を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図であり、太陽電池モジュール１の集電電極付近の断面図である。
【図３】集電電極付近の断面における拡大図である。
【図４】従来の薄膜系太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】従来の薄膜系太陽電池モジュールの集電電極を含む電極層上に封止膜を形成した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の太陽電池モジュールの実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
ここで、図１は、本実施形態における太陽電池モジュール１の構成を示す概略図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、太陽電池モジュール１の集電電極付近の断面図、図３は、集電電極付近の断面における拡大図である。
【００２１】
図１〜図３に示すように、太陽電池モジュール１は、基板２と、光電変換層３と、電極層４と、被覆層８とがこの順に積層されて形成されている。そして、電極層４上には、集電電極５が形成されており、基板２と反対側から光が照射されると、光電変換層３で電気エネルギが発生し、この電気エネルギを集電電極５を通じて取り出すことができるようになっている。なお、本実施形態では、基板２と反対側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１として説明するが、基板２側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１であってもよい。
【００２２】
基板２は、可撓性のあるシート状のフィルムが用いられている。具体的には、樹脂フィルムが用いられており、その表面（光電変換層３側）には、金属等の導電性材料が塗布されている。この導電性材料は、下部電極（裏面電極）として機能させるものである。また、この基板２上に金属層、又は金属酸化膜層を積層させてもよい。例えば、Ａｌ、Ａｇ等の金属や、ＺｎＯ、ＴｉＯ等の金属酸化物層を用いることにより、裏面反射層として機能させ、光電変換層３における受光率を向上させてもよい。なお、基板２側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１の場合は、導電性材料、金属層、金属酸化膜層は、透明性の材料を選択する必要がある。
【００２３】
光電変換層３は、受光した光エネルギを電気エネルギに変換するものである。光電変換層３は、特に限定されず、薄膜型、バルク型のどちらを利用してもよい。例えば、ＣＩＧＳを用いてもよく、コストや大面積での製造、エネルギーギャップの大きさなどの観点から、アモルファスシリコンは好適に利用することができる。
【００２４】
電極層４は、太陽電池の上部電極の機能を有するものである。本実施形態では、電極層４は、透明導電膜である。この電極層４は、照射された光が光電変換層３に効率よく到達するように導電性材料で形成されている。具体的には、ＦＴＯ（フッ素含有酸化スズ）、ＩＴＯ（酸化スズ含有酸化インジウム）や、ＳｎＯ２（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等が好適に用いられる。なお、基板２側から光を受光するタイプの太陽電池モジュール１の場合、電極層４は、透明な材料でなくてもよく、Ａｌ、Ａｇ等でもよい。
【００２５】
被覆層８は、光電変換層３、電極層４を保護するためのものであり、フィルムシート８１と、このフィルムシート８１と電極層４との間に充填される充填材８２とで形成されている。フィルムシート８１は、フッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂を含む複合フィルムで形成される薄いフィルムシート８１である。また、充填材８２は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の熱硬化性樹脂で形成されるものである。この被覆層８により、内部の光電変換層３、電極層４等が外部から保護されている。
【００２６】
また、電極層４上には、集電電極５が設けられている。この集電電極５は、光電変換層３で発生した電気エネルギを太陽電池モジュール１の端部に設けられた取り出し電極９から効率よく取り出すためのものである。すなわち、光電変換層３で発生した電気エネルギが電気抵抗の大きい電極層４を通じて取り出し電極９に移動するよりも、電気抵抗の低い集電電極５を通じて取り出し電極９に移動する方が電気抵抗によるロスを小さくして取り出すことができる。
【００２７】
集電電極５は、一方向に延びる形状を有しており、一方端が取り出し電極９に電気的に接続され、他方端が取り出し電極９の反対側に向かって延びている。すなわち、基板２上の端部には、取り出し電極９が絶縁膜を介して設けられており、この取り出し電極９に集電電極５の端部が電気的に接続されている。そして、集電電極５は、取り出し電極９に接続される側から反対側に一方向に延びた状態で設けられている。また、集電電極５は、複数設けられており、電極層４表面にそれぞれの集電電極５が同じ方向に延びるように配置されている。この集電電極５は、Ｃｕ等の金属製のワイヤ５ａが用いられており、その表面には導電性材料が塗布されている。そして、それぞれの集電電極５は、一方向に延びる姿勢で電極層４の表面に配列されており、図２に示すように、電極層４の表面に、断面ほぼ円形の複数の集電電極５がほぼ等間隔に配置されている。また、集電電極５と電極層４とが金属ペースト等の導電性材料（不図示）を通じて通電可能になっており、光電変換層３で発生した電気的エネルギは電極層４を通じて最も近い集電電極５に移動し、この集電電極５を通じて取り出し電極９に移動できるようになっている。なお、集電電極５と電極層４との間に設けられる金属ペースト等の導電性材料は省略することもできる。
【００２８】
また、集電電極５を含む電極層４の表面には、平坦化膜６及び封止膜７が形成されている。具体的には、平坦化膜６と封止膜７とは、集電電極５を含む電極層４の表面を一様に覆うように形成されている。この平坦化膜６と封止膜７とによって、光電変換層３、電極層４への水分の浸入を抑えることができる。
【００２９】
平坦化膜６は、集電電極５を含む電極層４の表面を平坦化するものであり、集電電極５と電極層４とで形成される段差（凹み）を平坦化するものである。すなわち、図３に示すように、集電電極５に用いられる金属製のワイヤ５ａは、一方向に延びる方向と直交する方向の断面形状において、その幅寸法ｍが高さ方向中央部分で最大幅寸法Ｍになり、電極層４に接する部分の幅寸法ｍは、最大幅寸法Ｍに比べて小さく形成されている。すなわち、集電電極５と電極層４とによって括れた部分Ｐが形成されている。通常、基板２上の各層の形成には気相成長法により形成されるため、封止膜７を気相成長法により形成する方がすべての層を連続的に製造できるため生産効率がよい。ところが、封止膜７を気相成長法で形成しようとすると、括れた部分Ｐにガス粒子が到達できず、集電電極５を含む電極層４の表面に一様な封止膜７を形成することができない。そこで、集電電極５を含む電極層４の表面に液状体の平坦化膜６を塗布して形成することにより、括れた部分Ｐが平坦化され一様な封止膜７を形成することができる。
【００３０】
この平坦化膜６は、固形分濃度２０％の主成分をシロキサンとした液状体を乾燥させることにより形成される。例えば、スリットノズルコータ等の塗布装置を利用してシロキサンの液状体を塗布することにより平坦化膜６が形成される。具体的には、スリットノズルから電極層４上に液状体を塗布してスリットノズルと電極層４とを液状体で連結する。そして、スリットノズルと基板２とを相対的に走査させつつ、スリットノズルから液状体を塗布することにより形成する。これにより、集電電極５を含む電極層４の表面に一様の液状体の薄膜が形成される。この液状体は、ある程度流動性を有しているため、電極層４の表面に塗布された後、括れた部分Ｐに液状体が浸入し、集電電極５を含む電極層４の表面の形状に沿うように変形する。すなわち、塗布された液状体は、括れた部分Ｐに移動するため、括れた部分Ｐが液状体で埋められることにより平坦化される。具体的には、塗布された液状体が乾燥されると、括れた部分Ｐは、Ｒ（アール）状に形成され、集電電極５を含む電極層４の表面は、なめらかな曲面状に形成される。すなわち、集電電極５を含む電極層４の表面に平坦化膜６が形成されることにより、気相成長法によるガス粒子が一様に堆積することが可能な表面を形成することができる。
【００３１】
このようにして、液状体を塗布した後、乾燥させて形成された平坦化膜６は、括れた部分Ｐと、他の部分とで厚みが異なっている。具体的には、図３に示されるように、括れた部分Ｐの厚みｔｒが他の部分の厚みｔｐ１、ｔｐ２に比べて厚く形成される。すなわち、集電電極５を含む電極層４の表面に液状体を塗布することにより、金属製のワイヤ５ａから伝ってくる液状体と、電極層４表面に塗れ広がる液状体とが括れた部分Ｐに集中し液溜まり６ａが形成されるため、括れた部分Ｐに存在する平坦化膜６の厚みが他の部分に比べて厚くなり、集電電極５を含む電極層４の表面全体が滑らかな状態に形成される。
【００３２】
また、封止膜７は、光電変換層３、電極層４への水分の浸入を抑えるものである。この封止膜７は、バッファ層７１とバリア層７２とを有しており、これらが交互に積層されることにより形成されている。すなわち、バッファ層７１が下側、その上にバリア層７２となるように繰り返して形成されている。本実施形態では、バッファ層７１及びバリア層７２は、気相成長法により１層ずつ形成されているが、バッファ層７１及びバリア層７２を複数層繰り返して形成することにより水分の浸入防止の効果を高めることができる。
【００３３】
バッファ層７１は、無機物で形成されている。この「無機物」とは、有機物を除く物質であり、具体的には、炭素骨格を持たない物質である。つまり、無機物には、合成／天然樹脂及び炭素骨格（炭化水素骨格を含む）を有するその他化合物は含まれない。具体的には、バッファ層７１はシリコン系膜であり、例えば、バッファ層７１は、Ｈ（水素），Ｃ（炭素）及びＳｉ（ケイ素）を含むシリコン系膜である。本実施形態では、ＳｉＣＮ（シアン化ケイ素）が用いられている。なお、一のバッファ層７１の組成と他のバッファ層７１の組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３４】
バリア層７２は、無機物で形成されており、バッファ層７１よりも高い密度を有している。バリア層７２の密度は具体的な数値に限定されるものではないが、水や酸が太陽電池セルに浸入するのを防止できる程度であればよい。バリア層７２は、具体的には、シリコン系膜であって、Ｓｉ並びにＯ（酸素）及び／又はＮ（窒素）を含んでいることが好ましく、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることが好ましい。本実施形態では、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）が用いられている。なお、一のバリア層７２の組成と他のバリア層７２の組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３５】
以上、本実施形態の太陽電池モジュール１によれば、電極層４と前記被覆層８との間に集電電極５を含む電極層４の表面を平坦化する平坦化膜６を形成するため、集電電極５と電極層４とで形成される表面の凹凸が平坦化され、集電電極５を含む電極層４の表面全体を平坦化することができる。すなわち、集電電極５と電極層４とによって括れた部分Ｐが形成される場合であっても、その括れた部分Ｐが平坦化膜６で埋められることにいより平坦化される。そして、この平坦化膜６上に封止膜７を形成することにより、電極層４上に一様な封止膜７が確実に形成することができるため、外部からの水分の浸入をより確実に抑えることができる。
【００３６】
また、上記実施形態では、集電電極５が金属製のワイヤ５ａである例について説明したが、従来の金属ペースト（厚み約３０μｍ程度）よりも厚みのある導電性部材であってもよく、また、金属ワイヤ５ａの断面の幅寸法は、最大幅寸法Ｍに比べて透明導電膜に接する部分の幅寸法ｍが小さく形成されている例について説明したが、集電電極として幅寸法ｍが高さ方向に一定である導電性部材を用いたものであっても本発明の効果を得ることができる。すなわち、集電電極５に厚みのある導電性部材を使用すると、電極層４と集電電極５とに段差が形成される。この形成される段差が一定以上に形成されると、電極層４上に気相成長法で封止膜７を形成しても、段差の部分に封止膜７を形成することができず、集電電極５を含む電極層４上に一様な封止膜７を形成することができないが、平坦化膜６を塗布することにより集電電極５を含む電極層４上を滑らかに形成することにより一様な封止膜７を形成することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  太陽電池モジュール
２  基板
３  光電変換層
４  電極層
５  集電電極
５ａ  ワイヤ
６  平坦化膜
７  封止膜
Ｐ  括れた部分
【図１】
2015090915.tif 000003
【図２】
2015090915.tif 000004
【図３】
2015090915.tif 000005
【図４】
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【図５】
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