(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に形成された薄膜光電変換ユニット層上に配置された内部電気配線部を含み、接合樹脂シートと封止ガラス板により薄膜光電変換ユニット層の裏面が封止された薄膜太陽電池の製造方法において、
前記光電変換ユニット層の裏面全域を覆う接合樹脂シートと封止ガラス板を順に重ねた積層体を用意し、
真空ラミネータの熱板上に前記積層体を載置するとともにその積層体の端部に所定厚さのスペーサを配置し、
前記真空ラミネータを真空排気して、前記接合樹脂シートの溶融後において、そのラミネータ内のダイヤフラムによって前記封止ガラス板を押圧し、その状態で前記接合樹脂を硬化させて裏面封止を行うことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記スペーサは、前記接合樹脂の硬化後の前記内部配線部における前記基板の下面から前記封止ガラス板の上面までの厚さより０〜１ｍｍの範囲内だけ増大された厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記ダイヤフラムは前記封止ガラス板を０．０２ＭＰａから大気圧の範囲内の圧力で押圧することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜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】
本発明は半導体薄膜太陽電池に関し、特に、裏面封止された薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は真空ラミネータを利用して薄膜太陽電池の裏面を封止する従来の方法を図解する模式的な断面図であり、図４はその方法によって裏面封止された薄膜太陽電池の一例を示す模式的な断面部分図である。なお本願の各図において、厚さ、長さ、および幅などは図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。また、各図における同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わしている。
【０００３】
図４に示されているように、薄膜太陽電池においては、一般に厚さ４ｍｍ程度の透明なガラス基板１上に光電変換ユニット層２が形成される。光電変換ユニット層２は一般に数μｍ程度の非常に薄い厚さを有し、基板１上に順次積層された透明導電性酸化物の前面電極層、半導体光電変換層、および裏面金属電極層を含んでいる。光電変換ユニット層２の周辺部は、その端面を保護するために、ガラス基板１の周辺から５ｍｍ程度後退させられている。１つの基板１上に複数のサブモジュールを含む薄膜太陽電池では（特開２０００−４９３６９参照）、光電変換ユニット層２上に配置された内部電気配線部３を含んでいる。この内部配線部３は、局所的な絶縁シート３ａとその上の金属箔３ｂを含んでいる。ここで、絶縁シート３ａと金属箔３ｂは、たとえばそれぞれ０．２ｍｍの厚さを有し、内部配線部３全体として０．４ｍｍ程度の厚さを有する。また、内部配線部３は電流取出用端子ボックス(図示せず）の位置などとの関係から、通常は基板１の１辺から４０ｍｍ程度離れた位置に配置される。
【０００４】
光電変換ユニット層２と内部配線部３は、接合樹脂４とそれによって接合される保護フィルム５ａとを含む封止保護手段によって保護される。この封止保護手段は、薄膜太陽電池の裏面側が外界からの物理的または化学的影響を受けることによって光電変換特性が劣化することを防止するためのものであり、真空加熱圧着装置を用いて付与され得る。
【０００５】
図３においては、真空加熱圧着装置の一例としての真空ラミネータが模式的な断面図で示されている。この真空ラミネータ１００は下側容器１１と上側容器１２とを含んでおり、これらは気密シール１３を介して互いに着脱可能である。下側容器１１と上側容器１２とはそれぞれ吸排気ポート１１ａと１２ａを含むとともに、上側容器１２は合成ゴム製のダイヤフラム部１２ｂをも含んでいる。
【０００６】
下側容器１１内には、ヒータを内蔵する載置台１４が設けられており、これは加熱板として作用する。予め所定温度に加熱された載置台１４上には、基板１が配置される。基板１上には既に光電変換ユニット層２と内部配線部３が形成されており、その上に接合樹脂シート（硬化剤を含む）４と保護材料の層５（図４の場合には保護フィルム５ａ）が重ねられる。この状態で、気密シール１３を介して下側容器１１と上側容器１２とが結合させられ、これらの両容器の内部が吸排気ポート１１ａと１２ｂを介してロータリーポンプ（図示せず）によって排気される。
【０００７】
内蔵されたヒータで予め所定温度に昇温された載置台１４によって接合樹脂シート４が加熱され、そのシート４は軟化して溶融する。この時点で吸排気ポート１２ａを介して上側容器１２内に大気圧が導入され、ダイヤフラム１２ｂは保護材料層５上にその大気圧で押圧させられる。この状態で、溶融した接合樹脂４の硬化は、真空ラミネータ１００内で行なわしめることができる。
【０００８】
なお、封止保護手段の形成のために真空ラミネータが利用される理由は、溶融させられた後に硬化させられる封止樹脂層４の境界や内部に気泡が混入することを防止するためである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示されているような従来の封止法による薄膜太陽電池において、保護フィルム５ａとしては、一般にアルミ箔をＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）膜でサンドイッチした複合フィルムが用いられる。ここで、アルミ箔がサンドイッチされているのは、水分の透過を効果的に阻止するためである。ところが、このアルミ箔をサンドイッチしているＰＶＦ膜は薄いので、場合によってピンホールや傷が発生し、太陽電池の裏面においてアルミ箔を介するリーク電流を生じることがある。また、水分の存在下においてこのようなリーク電流が流れれば、アルミ箔の腐蝕が進行することがある。
【００１０】
このような従来技術における課題に鑑み、本発明は、より信頼性が高い裏面封止された薄膜太陽電池の製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ガラス基板上に形成された薄膜光電変換ユニット層上に配置された内部電気配線部を含み、接合樹脂シートと封止ガラス板により薄膜光電変換ユニット層の裏面が封止された薄膜太陽電池の製造方法において、その光電変換ユニット層の裏面全域を覆う接合樹脂シートと封止ガラス板を順に重ねた積層体を用意し、真空ラミネータの熱板上に積層体を載置するとともにその積層体の端部に所定厚さのスペーサを配置し、真空ラミネータを排気して接合樹脂シートの溶融後においてそのラミネータ内のダイヤフラムによって封止ガラス板を押圧し、その状態で接合樹脂を硬化させて裏面封止を行うことを特徴としている。
【００１２】
スペーサは、接合樹脂の硬化後の内部配線部における基板の下面から封止ガラス板の上面までの厚さより０〜１ｍｍの範囲内だけ増大させられた厚さを有していることが好ましい。
【００１３】
真空ラミネータのダイヤフラムは、封止ガラス板を０．０２ＭＰａから大気圧の範囲内の圧力で押圧することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
アルミ箔をＰＶＦ膜でサンドイッチした複合フィルム５ａを利用して薄膜太陽電池の裏面を封止する従来の方法における前述の問題に鑑み、本発明者は、その複合保護フィルム５ａの代わりに厚さ３〜４ｍｍ程度の保護ガラス板を利用する封止方法を検討した。なぜならば、ガラス板は複合保護フィルム５ａに比べてはるかに丈夫であり、水分の透過に対しても優れた阻止能力を有しているからである。
【００１５】
図２は、保護ガラス板を利用して裏面封止された薄膜太陽電池の一例を模式的な断面部分図で示している。図２の薄膜太陽電池においても、図４に類似して、ガラス基板１上に光電変換ユニット層２が形成される。光電変換ユニット層２上には、内部配線部３が配置される。そして、これらの光電変換ユニット層２と内部配線部３は、接合樹脂４とそれによって接合される保護ガラス板５ｂとを含む封止保護手段によって保護される。
【００１６】
ところで、薄膜太陽電池の裏面封止のために保護フィルム５ａの代わりに保護ガラス板５ｂを利用した場合には、別の付随的な問題が生じることが判明した。これは、保護フィルム５ａと異なって、保護ガラス板５ｂが小さな弾性を有するとともに、脆性材料であることから生じる問題である。
【００１７】
すなわち、図３の場合と同様に光電変換ユニット層２と内部配線部３が形成されたガラス基板１上に接合樹脂シート４と保護材料の層（ただし図２の薄膜太陽電池の場合は保護ガラス板５ｂ）を重ねて、真空ラミネータ１００内においてダイヤフラム１２ｂでプレスした状態で接合樹脂層４を溶融から硬化させた後に薄膜太陽電池を取出した場合、その保護ガラス板５ｂがプレス中に弾性変形しているので、図２に示されているように、内部配線部３のような凸部Ｂからそれに近い基板１の端部Ａにかけて保護ガラス板５ｂが少し湾曲した状態で固定されることになる。そして、この湾曲の度合が大きい場合には、封止後の何日か経過した後に保護ガラス板５ｂが割れるという遅れ破壊の現象が生じることがわかった。
【００１８】
具体的には、図２を参照して、厚さ４ｍｍのガラス基板１上に厚さ数μｍの薄膜光電変換ユニット層２が形成された。光電変換ユニット層２上には、ガラス繊維不織布からなる厚さ０．２ｍｍの局所的絶縁シート３ａとその上の厚さ０．２ｍｍの銅箔３ｂが配置された。そして、光電変換ユニット層２と内部配線部３とを覆うように、硬化剤を含むＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）接合樹脂シート４と厚さ３ｍｍの保護ガラス板５ｂが重ねられた。この積層体が図３の真空ラミネータ内において１６５℃に加熱された載置台１４上に置かれた。そして、真空ラミネータ１００を真空排気して、ＥＶＡ接合樹脂シート４が溶融した後に、上側容器１２の吸排気孔１２ａを介して大気圧が導入され、ダイヤフラム１２ｂによって保護ガラス板５ａが押圧された。このダイヤフラムの押圧を２０分間維持して接合樹脂層４を硬化させた後に、裏面封止された薄膜太陽電池がラミネート１００から取出された。
【００１９】
この場合に、基板端部Ａと内部配線部Ｂとの距離は４０ｍｍであり、ガラス基板１の下面と保護ガラス板５ｂの上面までの厚さに関して、内部配線部Ｂと基板端部Ａとの間で０．３７ｍｍの差があった。保護ガラス板５ｂを用いてこのような状態に裏面封止された薄膜太陽電池において、その封止後５日経過したときに保護ガラス板５ｂに割れが発生した。
【００２０】
本発明者が見出した上述のような付随的な問題に鑑みて、本発明者はさらに種々の検討を行なった。
【００２１】
その結果、図１に示されているように、真空ラミネータ１００内で基板１の端部において所定厚さのスペーサ６を配置した状態で薄膜太陽電池の裏面封止を行なえば、保護ガラス板５ｂの遅れ破壊を防止し得ることがわかった。その場合に、スペーサ６の厚さは、接合樹脂層４の硬化後における内部配線部Ｂの厚さより０〜１．０ｍｍだけ大きいことが望まれ、０．２〜１．０ｍｍだけ大きいことがより好ましく、０．５〜１．０ｍｍだけ大きいことがさらに好ましい。
【００２２】
より具体的には、前述の図２を参照して説明された薄膜太陽電池と同様の条件の下において、８ｍｍの厚さを有するスペーサ６を用いて図１に示されているような裏面封止を行なったところ、Ｂ部とＡ部との厚さの差は０．１８ｍｍに低減し、封止後６ヶ月経過の後おいても保護ガラス板５ｂに遅れ破壊が生じることはなかった。
【００２３】
さらに検討したところでは、裏面封止の際にスペーサ６を配置するのみならず、ダイヤフラム１２ｂのプレス圧を低減させることが好ましい。ダイヤフラム１２ｂのプレス圧は、上側容器１２の吸排気ポート１２ａに連結されている圧力調節弁（図示せず）によって調整することができる。具体的には、ダイヤフラム１２ｂのプレス圧を大気圧より小さな０．０５ＭＰａに減少させた場合、Ｂ部とＡ部との厚さの差はさらに０．１２ｍｍに減少し、保護ガラス板５ｂの歪みがさらに緩和された。ただし、ダイヤフラム１２ｂのプレス圧が０．０２ＭＰａ未満になれば、内部配線部３の凸部近傍において接合樹脂層４中に気泡が残留し始めるので好ましくない。
【００２４】
他方、上述と同様の条件の薄膜太陽電池において、スペーサ６を用いることなくダイヤフラム１２ｂのプレス圧のみを０．０５ＭＰａに減少させた場合には、Ｂ部とＡ部との厚さの差は０．２３ｍｍになったが、封止後２日後において保護ガラス板５ｂに割れが発生した。ここで、前述のＢ部とＡ部との厚さの差が０．３７ｍｍの場合に封止後５日経過後に保護ガラス板５ｂに割れが発生したのに比べて、より短い封止後２日で割れが発生したのは、脆性材料である保護ガラス板５ｂにおける不均一性に基づくと考えられる。
【００２５】
なお、以上の具体例においては載置台１４の温度が１６５℃に設定されたが、その温度は１６０〜１８０℃の範囲内で好ましく設定され得る。この設定温度が高ければ接合樹脂４が早く溶融するとともに硬化も早く進行し、逆に低ければ接合樹脂４の溶融と硬化を遅らせることができる。
【００２６】
また、以上の具体例では接合樹脂シートとしてＥＶＡシートを用いた例が説明されたが、たとえば硬化剤を含むＰＶＢ（ポリビニルブチラール）シートのように他の適当な接合樹脂シートをも用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の製造方法によれば、従来に比べて信頼性の高い裏面が封止された薄膜太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態による真空ラミネータを用いた薄膜太陽電池の裏面封止方法を図解する模式的な断面図である。
【図２】  保護ガラス板を用いて薄膜太陽電池の裏面封止した状態を示す模式的な断面部分図である。
【図３】  真空ラミネータを用いた従来の薄膜太陽電池の裏面封止方法を図解する模式的な断面図である。
【図４】  従来の方法によって裏面封止された薄膜太陽電池を示す模式的な断面部分図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板、２  光電変換ユニット層、３  内部配線部、３ａ  局所的絶縁シート、３ｂ  金属箔、４  接合樹脂層、５  保護材料の層、５ａ  複合保護フィルム、５ｂ  封止ガラス板、１１  下側容器、１１ａ  吸排気ポート、１２上側容器、１２ａ  吸排気ポート、１２ｂ  ダイヤフラム、１３  気密シール、１４  載置台、１００  真空ラミネータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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