(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板上に形成された、透明電極層、光半導体層および金属層の少なくとも一部を光ビームによる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気的に集積化してなり、端子及びフレームが取り付けられた薄膜太陽電池モジュールであって、前記透光性基板の周辺部における、前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層は、幅１〜５ｍｍにわたって、機械的に除去されており、この機械的な除去は前記透光性基板の表面に対しても行われ、機械的に除去された前記透光性基板、前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層の合計の深さが、5μmないし１００μmであり、前記端子とフレーム間に１５００Ｖの電圧を印加したときの抵抗値が１００ＭΩ以上であることを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層の機械的な除去が、表面研磨法により行われたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層の機械的な除去が、１００μm以下の微粒子の吹き付けによる機械的なエッチング法により行われたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
機械的に除去された前記透光性基板、前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層の合計の深さが、１０μmないし２５μmであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記光半導体層がシリコンを主成分とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の薄膜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係り、特に、太陽光発電に用いられる薄膜太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールに求められる特性の一つに絶縁耐圧特性がある。太陽電池モジュールの絶縁耐圧特性は、一般には、太陽電池の端子とフレーム間の耐電圧を測定することにより把握することが出来る。
【０００３】
薄膜太陽電池は、透明電極層、光半導体層、金属層などの薄膜を積層することにより形成されるが、これらの層の多くは気相反応によって形成することが多く、この気相反応による積層工程において、いわゆる太陽電池の活性部分とそれ以外の部分とを分離することは困難である。場合によっては、これらの層が基板の裏側まで回り込んでいることがあり、このときはフレームを取り付けたときに、活性部分とフレームとが同電位になることが多い。そのため、従来の薄膜太陽電池においては、絶縁耐圧特性が劣るという欠点があった。
【０００４】
このような問題をさけるために、集積化の際にパターニングに用いるレーザー光を用いて、太陽電池中央部の活性領域とフレームに電気的に接触する可能性のある周辺部とを電気的に分離する手法が提案されている。しかしながら、この方法は、レーザービームを集光して用いるため、分離幅が狭く、モジュール全周に渡って絶縁を維持することが困難になる。そのため、製造歩留りなどの信頼性が低く、生産性も低いため、工業的にこの技術を用いることはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情の下になされ、発電活性部分と周辺部、ひいては、フレームとの絶縁を、高い生産性で実現することを可能とした太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の目的は、優れた絶縁耐圧特性を有するだけでなく、封止後の腐食などによる特性低下を発生させず、ガラス強度を維持し、かつ工程が安定で高い生産性で製造が可能な太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、透光性基板上に形成された、透明電極層、光半導体層および金属層の少なくとも一部を光ビームによる加工によって複数のセルに分離し、相互に電気的に集積化してなり、端子及びフレームが取り付けられた薄膜太陽電池モジュールであって、前記透光性基板の周辺部における、前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層は、幅１〜５ｍｍにわたって、機械的に除去されており、この機械的な除去は前記透光性基板の表面に対しても行われ、機械的に除去された前記透光性基板、前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層の合計の深さが、５μmないし１００μmであり、前記端子とフレーム間に１５００Ｖの電圧を印加したときの抵抗値が１００ＭΩ以上であることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールを提供する。
【０００８】
本発明の薄膜太陽電池モジュールにおいて、前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層の機械的な除去は、表面研磨法、または微粒子の吹き付けによる機械的なエッチング法により行うことが出来る。後者の方法において、使用される微粒子は、１００μm以下の粒径のものであることが好ましい。
【０００９】
機械的な除去は前記透光性基板の表面に対しても行われ、機械的に除去された前記透光性基板、前記透明電極層、前記光半導体層および前記金属層の合計の深さは、5μmないし１００μmであることが好ましく、１０μmないし２５μmであることがより好ましい。
【００１０】
また、前記透光性基板の周辺の除去される部分の幅は、絶縁耐圧と有効面積率とから決定されるが、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍないし１ｃｍであり、更に好ましくは１ないし５ｍｍである。
【００１１】
なお、本発明の薄膜太陽電池モジュールにおいて、透明電極層としては、酸化錫、酸化亜鉛、ＩＴＯ等を用いることが出来る。また、光半導体層としては、シリコンを主成分とする層、例えばp型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層、およびｎ型微結晶Ｓｉ：Ｈ層の積層構造を用いることが出来る。更に、金属層としては、銀、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉおよびこれらと金属酸化物との積層体等を用いることが出来る。
【００１２】
以上のように構成される本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、相互に分離、かつ集積された複数のセルからなる活性部分の周辺が、機械的に除去されているため、モジュールの全周にわたって、高い絶縁を維持することが出来、そのため、本発明によると、高い絶縁耐圧特性のモジュールを高歩留まりで得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、絶縁耐圧特性に優れた薄膜太陽電池モジュールを、極めて簡易なプロセスで、高い歩留まりで得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る種々の実施例について説明する。
【００１５】
実施例1
図１は、本発明の一実施例に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。図１に示す太陽電池モジュールは、次のように製造される。まず、面積９２ｃｍｘ４６ｃｍ、厚さ４ｍｍのソーダーライムガラスからなるガラス基板１上に、熱ＣＶＤ法により酸化錫膜（厚さ８０００Å）２を形成し、複数のセルを集積化するため、この酸化錫膜２をレーザースクライバーでパターニングし、透明電極とした。なお、参照符号３は、 透明電極スクライブ線を示す。
【００１６】
パターニング方法としては、基板１をＸ−Ｙテーブル上にセットし、ＱスイッチＹＡＧレーザーを用いて、分離加工を行った。レーザーの運転条件は、第２高調波５３２ｎｍを用い、パルス幅３ｋＨｚ、平均出力５００ｎｗ、パルス幅１０ｎｓｅｃであった。分離幅は５０μｍ、ストリング（個別太陽電池）の幅は約１０ｍｍである。
【００１７】
なお、基板の周囲から５ｍｍの位置に、全周にわたり周辺部と太陽電池活性部を電気的に分離するために、図３に示すように、ストリング分離用の加工部１２の他に、レーザーによるパターニングを施した。参照符号１３は、それによって形成されたレーザー絶縁分離線を示す。
【００１８】
また、半田メッキ銅箔を用いて電極取り出し用の配線を形成するための領域１４を、両端にあるストリング１１ａ，１１ｂの外側に、３．５ｍｍの幅で残した。
【００１９】
このようにしてパターニングされた酸化錫膜２の上に、分離形成型装置のプラズマＣＶＤ室内において、ａ―Ｓｉ層４をプラズマＣＶＤ法により形成した。即ち、２００℃で、p型ａ−ＳｉＣ：Ｈ半導体層、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ半導体層、およびｎ型微結晶Ｓｉ：Ｈ半導体層を順次堆積して、ＰＩＮ接合を構成する積層ａ―Ｓｉ層４を形成した。各層を形成するためには、流量がそれぞれ１００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍのＳｉＨ4 を用い、p型半導体層とn型半導体層を形成する場合にはそれぞれ１０００ｐｐｍの水素希釈のＢ2 Ｈ6 とＰＨ3 を２０００ｓｃｃｍ混入させた。
【００２０】
また、p型半導体層の形成には、３０ｓｃｃｍのＣＨ4 も混入させることにより、炭素合金化を行った。各層を形成するための投入パワーは、それぞれ２００Ｗ、５００Ｗ、３ｋＷであり、反応圧力はそれぞれ１ｔｏｒｒ、０．５ｔｏｒｒ、１ｔｏｒｒであった。形成した層の膜厚は、製膜時間からそれぞれ１５０Å、３２００Å、３００Åと推定される。
【００２１】
このようにして各層の製膜を行った後、基板１をＸ−Ｙテーブル上にセットして、ＱスイッチＹＡＧレーザーを用いて、 ａ―Ｓｉ層４を、ＳｎＯ2 層２のパターニング位置から１００μｍづつ左にずらしてパターニングを行った。レーザーの運転条件は、第２高調波５３２ｎｍを用い、パルス幅３ｋＨｚ、平均出力５００ｍｗ、パルス幅１０ｎｓｅｃであった。なお、焦点位置をずらすこととで、分離幅を１００μｍにした。参照符号５は、半導体スクライブ線を示す。
【００２２】
その後、マグネトロンスパッタ法により、ＲＦ放電でＺｎＯターゲットを用いて、 パターニングされたａ―Ｓｉ層４上に、１０００Åの膜厚のＺｎＯ層（図示せず）を形成した。スパッタ条件は、アルゴンガス圧力２ｍｔｏｒｒ、放電パワー２００Ｗ、製膜温度２００℃であった。
【００２３】
次に、 ＺｎＯ層上に、同じマグネトロンスパッタ装置のＡｇターゲットを用いることにより、直流放電および室温で、２０００Åの膜厚の金属電極層６を形成した。スパッタ条件は、アルゴンガス圧力２ｍｔｏｒｒ、放電パワー２００Ｗであった。
【００２４】
最後に、マグネトロンスパッタ装置から基板１を取り出して、Ｘ−Ｙテーブル上にセットして、ＱスイッチＹＡＧレーザーを用いてＡｇ層およびａ―Ｓｉ層４
をパターニングして、半導体スクライブ線５から１００μｍ離れた位置に裏面電極スクライブ線７を形成した。レーザーの運転条件は、ａ―Ｓｉ層４の加工条件と全く同じであった。分離幅は７０μｍ、ストリング幅は約１０ｍｍである。
【００２５】
また、酸化錫膜２のときと同様に、基板の周囲から５ｍｍの位置に全周にわたり周辺部と太陽電池活性部を電気的に分離するために、ストリング分離用の加工部の他にレーザーによるパターニングを施した。分割幅は１５０μｍで酸化錫膜２の分離部１３を包括するように加工した。
【００２６】
次に、このパターニングラインの外側０．５ｍｍのさらに外側の部分１５を全周にわたって、Ｘ―Ｙステージと、独自に開発したZ軸方向の微小調整が可能な平面回転歯を有する研磨機を用いて、約２５μｍの深さで研磨を行った。即ち、金属電極層６、ＺｎＯ層、ａ−Ｓｉ層４および酸化錫膜２の膜厚全体を除去するとともに、ガラス基板１の表面部分を除去した。加工速度は３．５ｍ/分であった。
【００２７】
その後、前述した配線用の位置１４に半田メッキ銅箔からなるバスバー電極１６を形成して、電極取り出しのための配線を行った。この電極１６はストリングに平行となっている。
【００２８】
以上のように構成されるセルをモジュール化するために、ＥＶＡシートとフッ素系フィルムからなる保護フィルム８を真空ラミネータを用いて被覆して封止し、シリコーン樹脂９を充填し、かつ端子の形成とフレーム付けを行った。
【００２９】
このようにして得た太陽電池モジュールについて、１００ｍＷ／ｃｍ2 のＡＭ１．５ソーラーシミュレーターを用いて、電流電圧特性を測定した。その結果、測定された太陽電池の特性は、短絡電流１２４０Ａ、開放電圧４４．２Ｖ、曲線因子０．６８、最大出力３７．３Ｗであった。
【００３０】
次に、取り出し端子のプラスマイナス両極を電気的に短絡させ、端子とフレーム間に１５００Ｖを印加して抵抗値を測定し、１００ＭΩ以上であることを確認した。
【００３１】
最後に、このモジュールを水中に１５分間浸した後、上述した抵抗値を測定したが、やはり１００ＭΩ以上であることが確認された。
【００３２】
実施例2
裏面金属層をレーザーパターニングした後に、研磨機の代わりにマスクとブラスト洗浄機を用いて、基板周辺の透明導電膜層、半導体層、裏面金属層、および基板表面を取り除いた以外は、実施例１と全く同様にして、太陽電池モジュールを作製し、同様の試験を行った。
【００３３】
マスクにはＳＵＳ板を用い、ブラストの平均粒径は約４０μｍであり、手動で操作して周辺部の機械的エッチングを行った。得られた特性は、実施例１とほぼ同じであり、短絡電流１２４０ｍＡ、開放電圧４４．２Ｖ、曲線因子０．６８、最大出力３７．３Ｗであった。また、取り出し端子とフレーム間の抵抗値は、浸水前後でいづれも１００ＭΩ以上であった。
【００３４】
比較例
基板周辺の透明導電膜層、半導体層、裏面金属層、および基板表面を取り除かなかった以外は、実施例１と全く同様にして、図２に示すような太陽電池モジュールを作製し、同様の試験を行った。
【００３５】
得られた太陽電池の特性は、短絡電流１２４０ｍＡ、開放電圧４３．１Ｖ、曲線因子０．６８、最大出力３６．３であり、実施例１、２とそれほど変らなかった。しかし、取り出し端子とフレーム間の抵抗値は、浸水前で８００ｋΩ、浸水後で１５ｋΩであり、実施例１、２と比べてかなり低い値であった。
【００３６】
本発明における実施例の結果では、フレームと端子間の絶縁抵抗値はいずれも１００ＭΩ以上であり、浸水試験によってもこの値をクリヤーしていることがわかる。一方、本発明によらない比較例では太陽電池としては十分な電流電圧特性が得られているにもかかわらず、絶縁抵抗という意味では、本実施例に大きく見劣りがする結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１に係る薄膜太陽電池モジュールの断面図。
【図２】比較例に係る薄膜太陽電池モジュールの断面図。
【図３】図１及び図２に示す薄膜太陽電池モジュールの平面図。
【符号の説明】
【００３８】
１…ガラス基板、２…酸化錫膜、３…透明電極スクライブ線、４…ａ―Ｓｉ層、５…半導体スクライブ線、６…金属電極層、７…裏面電極スクライブ線、８…保護フィルム、９…シリコーン樹脂、１１ａ，１１ｂ…両端のストリング、１２…ストリング分離用加工部、１３…レーザー絶縁分離線、１４…配線部、１５…研磨部、１６…バスバー電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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