(57)【要約】【課題】導電性基板を用いた汎用性が高い薄膜太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】直列接続された複数のユニットセル１０を備え、ユニットセル１０は、導電性基板１１と、導電性基板１１上に導電性基板１１側から順に配置された第１の電極層１２と半導体層１３と第２の電極層１４とを含み、導電性基板１１の端部１１ａの少なくとも一部が第２の電極層１４側に折り曲げられている。そして、隣接する２つのユニットセル１０は、一方のユニットセル１０の端部１１ａと他方のユニットセル１０の第２の電極層１４とが接触することによって、直列接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のユニットセルを備える薄膜太陽電池モジュールであって、
前記ユニットセルは、導電性基板と、前記導電性基板上に前記導電性基板側から順に配置された第１の電極層と半導体層と第２の電極層とを含み、
前記導電性基板の端部の少なくとも一部が前記第２の電極層側に折り曲げられており、
隣接する２つの前記ユニットセルは、一方の前記ユニットセルの前記端部と他方の前記ユニットセルの前記第２の電極層とが接触することによって、直列接続されていることを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記端部と前記第２の電極層とが、導電性物質を介して接触している請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記導電性基板がステンレス基板である請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記半導体層が、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含む化合物半導体層を含んでいる請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記第１の電極層がモリブデンを含む金属からなる請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とからなる化合物半導体薄膜（カルコパイライト構造半導体薄膜）であるＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、またはこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、あるいはＣｕＩｎＳ２を光吸収層に用いた薄膜太陽電池モジュールの構造および製造方法について、報告がなされている（例えば、非特許文献１参照）。このようなＣＩＳ系薄膜太陽電池においては、基板上に複数のユニットセルを直列接続した集積型構造が一般的である。
【０００３】
ＣＩＳ系の薄膜太陽電池モジュールを製造するための従来の方法の一例について、図５を参照しながら説明する。まず、図５（ａ）に示すように、ガラスなどの絶縁性基板１上に第１の電極層２をスパッタリング法によって形成した後、連続発振のレーザビームを照射することによって、第１の電極層２をストライプ状に除去して短冊状の第１の電極層２を形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、ｐ形Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２薄膜とｎ形ＣｄＳ薄膜との積層膜からなる半導体膜３を形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、メカニカルスクライブ法によって半導体膜３を短冊状に分割する。その後、図５（ｄ）に示すように、第２の電極膜４として透明導電膜を形成する。最後に、図５（ｅ）に示すように、メカニカルスクライブ法によって、第２の電極膜４を短冊状に分割する。図５（ｅ）の薄膜太陽電池モジュールでは、各ユニットセル５の第２の電極膜４が、隣接するユニットセル５の第１の電極層２と接続されることによって、各ユニットセル５が直列接続している。
【０００４】
このような集積型の薄膜太陽電池においては、ステンレス基板などの可撓性基板を用いることによって汎用性が高くなる。また、可撓性基板を用いた場合には、ロールに巻かれた基板を引き出してその上に太陽電池を連続的に形成することができるため、製造上有利である。
【０００５】
【非特許文献１】
第１３回  ユーロピアン  フォトヴォルテック  ソーラー  カンファレンス（１３ＴＨ  ＥＵＲＯＰＥＡＮ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＯＬＡＲ  ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ）１９９５  Ｐ．１４５１−１４５５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
金属製フレキシブル基板などの導電性基板を用いて集積型太陽電池を製造するためには、基板の表面に絶縁性を付与することが必要である。この場合には、金属製基板上に絶縁膜を形成し、その上にユニットセルを形成する。しかし、絶縁膜の絶縁性がピンホールなどによって不十分な場合には、第１の電極膜と金属基板とが導通し、ユニットセル同士が短絡してしまう。
【０００７】
また、金属製基板上に形成された絶縁膜と第１の電極膜との密着性が不十分な場合には、半導体膜を形成する際の高温に耐えきれず、熱応力によって第１の電極膜が剥離することがある。
【０００８】
上記従来の技術が有する問題を解決すべく、本発明は、新規な構造の薄膜太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、直列接続された複数のユニットセルを備える薄膜太陽電池モジュールであって、前記ユニットセルは、導電性基板と、前記導電性基板上に前記導電性基板側から順に配置された第１の電極層と半導体層と第２の電極層とを含み、前記導電性基板の端部の少なくとも一部が前記第２の電極層側に折り曲げられており、隣接する２つの前記ユニットセルは、一方の前記ユニットセルの前記端部と他方の前記ユニットセルの前記第２の電極層とが接触することによって、直列接続されていることを特徴とする。
【００１０】
上記薄膜太陽電池モジュールでは、前記端部と前記第２の電極層とが、導電性物質を介して接触していてもよい。
【００１１】
上記薄膜太陽電池モジュールでは、前記導電性基板がステンレス基板であってもよい。
【００１２】
上記薄膜太陽電池モジュールでは、前記半導体層が、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含む化合物半導体層を含んでいてもよい。
【００１３】
上記薄膜太陽電池モジュールでは、前記第１の電極層がモリブデンを含む金属からなるものでもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
【００１５】
本発明の薄膜太陽電池モジュールの一例の断面図を図１に示す。図１の太陽電池モジュール１００は、直列接続された複数のユニットセル１０を備える。
【００１６】
各ユニットセルは、導電性基板１１と、導電性基板１１上に基板側から順に積層された第１の電極層１２、半導体層１３および第２の電極層１４とを備える。なお、太陽電池として機能する限り、各層の間に他の層を含んでもよい。また、第２の電極層１４上に集電用の電極を形成してもよい。
【００１７】
導電性基板１１の端部１１ａの少なくとも一部は、第２の電極層１４側に折り曲げられている。そして、折り曲げられた端部１１ａの裏面側は、隣接するユニットセル１０の第２の電極層１４と直接接触している。このように、隣接する２つのユニットセル１０は、一方のユニットセル１０の端部１１ａと、他方のユニットセル１０の第２の電極層１４とが電気的に接続されることによって、直列接続される。このようにして、一列に配置された複数のユニットセル１０が直列接続される。なお、端部１１ａと第２の電極層１４とは、金属ペーストや導電性接着剤などの導電性物質を介して接続されてもよい。この構成により、直列抵抗を低減することができる。端部１１ａが折り曲げられる角度αは、通常、１°〜９０°の範囲（好ましくは１°〜６０°の範囲）である。
【００１８】
なお、図１に示すように、一列に配置されたユニットセル１０のうち一方（図１では右側）の端に配置されたユニットセル１０の導電性基板１１の端部は折り曲げなくともよい。また、電極層および半導体層は、導電性基板１１上の全面に形成してもよい。
【００１９】
図２（ａ）および（ｂ）に、本発明の太陽電池モジュールの他の例の断面図を示す。図２（ａ）の太陽電池モジュールでは、端部１１ａの最も端の部分が基板の裏面側に向かって再度折り曲げられている。その結果、端部１１ａの最も端の部分が第２の電極層１４の表面とほぼ平行になり、端部１１ａと第２の電極層１４との接触面積を大きくできる。図２（ｂ）の太陽電池モジュールは、図２（ａ）の太陽電池モジュールにおいて、端部１１ａが折り曲げられる角度αを約９０°にしたものである。この場合も、端部１１ａと第２の電極層１４との接触面積を大きくできる。
【００２０】
以下に、本発明の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、導電性基板１１上に、第１の電極層１２を形成する。第１の電極層１２は、Ｍｏ膜などの金属膜であり、スパッタリング法によって形成できる。第１の電極層１２の厚さは、たとえば０．３μｍ〜２．０μｍの範囲である。導電性基板１１には、ステンレス基板などの金属基板を用いることができる。ロール・トゥ・ロール法を用いて太陽電池を製造する場合、導電性基板１１は、ロールに巻き取れる程度の可撓性を有することが必要である。導電性基板１１が可撓性を有するステンレス基板である場合、導電性基板１１の厚さは、たとえば２０μｍ〜２００μｍの範囲である。
【００２１】
次に、第１の電極層１２上にｐｎ接合を含む半導体層１３を形成する。半導体層１３は、ｐ形の半導体層とｎ形の半導体層とを含む。ｐ形の半導体としては、たとえば、カルコパイライト構造半導体を用いることができ、具体的には、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とを含む半導体を用いることができる。より具体的には、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、またはこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、あるいはこれらのＳｅの一部を硫黄で置き換えた半導体を用いることができる。これらは、蒸着法またはスパッタリング法によって形成できる。また、ｎ形の半導体としては、たとえば、ＣｄＳ、ＺｎＯ、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ）、Ｚｎ（Ｏ，ＯＨ，Ｓ）、または、ＺｎＭｇＯ等の少なくともＩＩ族元素とＶＩｂ族元素とを含む化合物を用いることができる。これらは、化学浴析出法またはスパッタリング法で形成できる。上記のｐ形半導体およびｎ形半導体は、この順序で基板側から積層される。上記ｐ形半導体層は光吸収層として機能し、上記ｎ形半導体層は窓層として機能する。
【００２２】
次に、半導体層１３上に第２の電極層１４を形成する。第２の電極層１４には、ＺｎＯ膜、ＺｎＯ：Ａｌ膜、ＩＴＯ膜などの透明導電膜を用いることができ、スパッタリング法やＣＶＤ法などによって形成できる。
【００２３】
これら一連の工程は、ロール・トゥ・ロール方式で連続的に行うことができる。ロール・トゥ・ロール方式では、ロールに巻かれた基板を送り出して、各層を連続的に形成できる。この方式を用いることによって、生産性および均一性よく太陽電池を製造できる。
【００２４】
次に、薄膜太陽電池が形成された導電性基板１１を一定の幅で切断し、単位セル化する。そして、単位セル化した太陽電池の導電性基板１１の端部１１ａを、図１または図２のように折り曲げる。折り曲げる角度は、１°〜９０°までである。次に、折り曲げた端部１１ａの裏面側を、隣接する単位セルの第２の電極層１４に接触させ、隣接する単位セル同士を直列接続する。このときに、端部１１ａの裏面側と、第２の電極層１４とを、導電性ペーストや導電性接着剤などを介して接触させてもよい。このようにして、本発明の太陽電池を容易に製造できる。
【００２５】
図３に、本発明の太陽電池モジュールのその他の例の斜視図を示す。図３の太陽電池モジュールでは、端部１１ａの裏面と第２の電極層１４とが、導電性ペースト３１を介して接続されている。また、第２の電極層１４上には、集電効率を上げるためのグリッド電極３２が形成されている。グリッド電極３２は、たとえば銀やアルミを用いて、蒸着法やスクリーン印刷法によって形成できる。
【００２６】
本発明の太陽電池モジュールのその他の例について、図４（ａ）に断面図を示す。また、図４（ａ）のモジュールで用いたユニットセルの斜視図を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）の太陽電池モジュールでは、導電性基板１１の端部１１ａの一部のみが折り曲げられている。図４（ａ）の例では、端部１１ａのうち、中央部が折り曲げられておらず、それ以外の部分が折り曲げられている。端部１１ａのうち折り曲げられた部分の裏面は、隣接するユニットセル１０の第２の電極層１４に接続される。また、端部１１ａのうち折り曲げられていない部分は、絶縁物４１を挟むように、隣接するユニットセル１０の導電性基板１１の裏面側と対向する。絶縁物４１によって、端部１１ａと隣接するユニットセルの導電性基板１１とが短絡することを防止できる。図３および図４の太陽電池も、上述した製造方法で容易に製造できる。
【００２７】
導電性基板上に形成した１つの薄膜太陽電池は、それ自体では１Ｖ以下の電圧しか発生させることができない。しかし、本発明のように単位セルを直列接続することによって、任意の電圧を発生させることが可能な太陽電池モジュールが得られる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず本発明の技術的思想に基づき他の実施形態に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、汎用性に優れ、製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜太陽電池モジュールの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の薄膜太陽電池モジュールの他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の薄膜太陽電池モジュールの他の例を示す斜視図である。
【図４】本発明の薄膜太陽電池モジュールの他の例を示す（ａ）断面図および（ｂ）それに用いたユニットセルの斜視図である。
【図５】従来の集積型薄膜太陽電池の製造方法について一例を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１００  太陽電池モジュール（薄膜太陽電池モジュール）
１０  ユニットセル
１１  導電性基板
１１ａ  端部
１２  第１の電極層
１３  半導体層
１４  第２の電極層
３１  導電性ペースト
３２  グリッド電極
４１  絶縁物
【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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