(57)【要約】【課題】トリミングした金属基板上の太陽電池を直・並列に並べて配置するときに、電極と基板との絶縁を確保し、しかも簡易なプロセスにより絶縁を確保する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属基板(11)上に形成されている太陽電池(15)が複数枚並んでおり、隣接した太陽電池(15)に電気的な配線(18)が形成された太陽電池モジュールにおいて、配線(18)直下の金属基板の端面のうち、少なくとも一方に酸化層(12)が形成されている。酸化層(12)は、金属基板(11)上に形成されている太陽電池(15)の端部を除去する際に、金属基板(11)に酸化性ガスを供給しながらレーザ切断又はプラズマ切断を行うか、金属基板に酸化性液体を供給しながらダイシングを行なうことにより形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板上に形成されている太陽電池が複数枚並んでおり、隣接した前記太陽電池に電気的な配線が形成された太陽電池モジュールにおいて、
前記配線直下の前記金属基板の端面のうち、少なくとも一方に酸化層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】
前記酸化層の厚さが０．１ミクロン以上２０ミクロン以下である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
金属基板上に形成されている太陽電池が端部の除去された状態で複数枚並んでおり、かつ隣接した前記太陽電池に電気的な配線が形成された太陽電池モジュールの製造方法において、
前記金属基板上に形成されている前記太陽電池の端部を除去する際に、前記金属基板に酸化性ガスを供給しながらレーザ切断又はプラズマ切断を行うことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記酸化性ガスが、酸素を１０％以上含む請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
金属基板上に形成されている太陽電池が端部の除去された状態で複数枚並んでおり、かつ隣接した前記太陽電池に電気的な配線が形成された太陽電池モジュールの製造方法において、
前記金属基板上に形成されている前記太陽電池の端部を除去する際に、前記金属基板に酸化性液体を供給しながらダイシングを行なうことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記酸化性液体は、過酸化水素水、過塩素酸及び硝酸から選ばれる少なくとも一つを１体積パーセント以上含む請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属基板上の薄膜太陽電池モジュールは、ＣＩＳ系太陽電池等、小面積セルと比較して大面積セル・サブモジュールで高効率な素子が得にくいものがあり、その場合は、１０ｃｍ角程度の小さいセルやサブモジュールを１枚のパネル上で直列・並列に接続して１枚の太陽電池モジュールを形成する。このような太陽電池を接続する場合には、各太陽電池の電極同士を電気的に接続するための配線が不可欠であり、一般的にはリボン状金属をハンダ付けすることによりモジュール内での電気配線が行われている。ここにおいて、接続における配線部分は発電にとって無効領域デッドエリア）となるために、モジュールの効率を向上させるためには、できるだけ大きな基板を用いるか、基板を敷き詰める間隔を狭くする工夫がなされている。
【０００３】
また、太陽電池を形成する際には、プロセスの面内均一性の問題から、基板上のすべての領域を均質に形成することは不可能である。そのために、実際は、特性の落ちる部分をトリミングする方法がとられている。ガラス基板やＳｉ基板など、脆い基板を用いる場合は、ダイヤモンド工具で切り込みをいれた後で、応力や熱をかけて分断あるいはへき開する方法がとられているが、金属基板の場合は、一般の金属板の加工と同様に、公知技術として、薄い回転砥石を用いたダイシングや、高出力レーザやプラズマを用いた分断方法がとられている。この方法は前述のデッドエリアを少なくするためには必要不可欠な方法である。
【０００４】
従来のパネル内の太陽電池の接続方法として、例えば、特許文献１では図４Ａに記すように、太陽電池を敷き詰める際に、太陽電池の基板同士が短絡しないように太陽電池の間に絶縁体２９を挿入し、その上で前記絶縁体をまたぐように配線２８を導電性接着剤２７で接続している。絶縁体としては絶縁性樹脂や絶縁性フィルムが多く用いられている。ここで、導電性接着材と同じ役割を果たすものとして、ハンダがよく用いられる。図４Ｂは別の接続方法の例であり、基板上に直接形成された電極２４と上部透明電極２６とを接続し、基板上に直接形成された電極２４同士で接続配線２８を行っている。この構成は、上部電極２６へのハンダ付けの熱影響を避けるためにとられている。
【特許文献１】特開平１０−０５１０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらのように、基板の端部を切断してセルやサブモジュールを組み合わせて太陽電池モジュールを作製するときには、図５Ａに示すように、電極３４を基板の最端部に形成し、かつ隙間なく敷き詰める方法によりデッドエリアを少なくする方法がとられている。しかしながら、図５Ｂに示すように、ハンダ付けの際に各太陽電池間の微小な隙間を溶けたハンダ３７ａ、３７ｂが金属基板部にまで浸透する場合が発生し、結果的に太陽電池の電極と金属基板とが短絡する不良が発生していた。具体的には電気が３４ａ→３７ａ→３１→３７ｂ→３４ｂと流れることにより、この太陽電池で発生した電流がすべてこの短絡経路で消費されることになる。このため、太陽電池モジュール特性に与える影響は大きかった。特許文献１では明確には記されていないが、この短絡不良の対策として、太陽電池間に絶縁性の樹脂を設置してある。この構造において、隙間を埋める樹脂の代わりに絶縁体を挟み込む方法が考えられるが、金属基板が薄いときには絶縁体を端面に配置することが作業的に困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、トリミングした金属基板上の太陽電池を直・並列に並べて配置するときに、電極と基板との絶縁を確保し、しかも簡易なプロセスにより絶縁を確保する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の太陽電池モジュールは、金属基板上に形成されている太陽電池が複数枚並んでおり、隣接した太陽電池に電気的な配線が形成された太陽電池モジュールにおいて、配線直下の金属基板の端面のうち、少なくとも一方に酸化層が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、酸化層の厚さが０．１ミクロン以上２０ミクロン以下であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、金属基板上に形成されている太陽電池が端部の除去された状態で複数枚並んでおり、かつ隣接した太陽電池に電気的な配線が形成された太陽電池モジュールの製造方法において、金属基板上に形成されている太陽電池の端部を除去する際に、金属基板に酸化性ガスを供給しながらレーザ切断又はプラズマ切断を行うことを特徴とする。
【００１０】
ここで、酸化性ガスは、酸素を１０％以上含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、金属基板上に形成されている太陽電池が端部の除去された状態で複数枚並んでおり、かつ隣接した太陽電池に電気的な配線が形成された太陽電池モジュールの製造方法において、金属基板上に形成されている太陽電池の端部を除去する際に、金属基板に酸化性液体を供給しながらダイシングを行なうことが好ましい。
ここで、酸化性液体は、過酸化水素水、過塩素酸及び硝酸から選ばれる少なくとも一つを１体積パーセント以上含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池の金属基板の端面に酸化層が形成されていることにより、太陽電池を横に密着させて並べて、接続部をまたぐようにハンダ付けをした際に、基板の隙間にハンダが染み出して金属基板部に達しても、金属基板との間に短絡が発生しにくい。また、隙間なく並べることにより、デッドエリアを最小限に抑えることが可能となる。
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、酸化性ガスを供給しながら太陽電池をレーザ切断あるいはプラズマ切断することにより、加工時の熱で切断端面が酸化され、絶縁性の高い酸化皮膜が形成できる。
【００１４】
本発明の別の太陽電池モジュールの製造方法は、酸化性液体を供給しながら太陽電池を回転砥石によりダイシングすることにより、酸化作用が切断時の熱で促進され、絶縁性の高い酸化皮膜が形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の太陽電池モジュールは、図１Ａに示すように、金属基板１１上に形成されている太陽電池を複数枚並べて形成する太陽電池モジュールにおいて、隣接した前記太陽電池に電気的な配線が形成され、前記配線直下の少なくとも一方の金属基板端面に酸化層が形成されている。酸化層１２の厚さは０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは１〜１０μｍの範囲である。酸化層の好ましい材料はＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ2、ＴｉＯ2、Ｃｕ2Ｏ、ＭｏＯ2などである。
【００１６】
また、酸化層の形成方法として、金属基板を含む太陽電池を酸化性ガスを供給しながら高出力レーザで切断又はプラズマ切断を行う。酸化性ガスは酸素を１０％以上含んでいることが好ましい。高出力レーザで切断又はプラズマ切断の際には、基板からの排熱を良好にして、太陽電池の特性が劣化しない範囲の温度上昇に抑えるのが好ましい。
また、酸化層の形成方法として、金属基板１１を含む太陽電池を回転砥石によるダイシングにおいて、酸化性液体を供給しながら切断する。酸化性液体は過酸化水素水、過塩素酸、硝酸のいずれかを１体積パーセント以上含むことが好ましい。
【００１７】
図１Ａは太陽電池の断面図である。１１は金属基板であり、隣接した太陽電池に電気的な配線が形成され、前記配線直下の少なくとも一方の金属基板端面に酸化皮膜１２が形成されている。基板１１上には集積化薄膜太陽電池を形成するために絶縁層１３が形成されている。１４は電極、１５は太陽電池本体であり、光や電子線を吸収して電流を発生する。１６は透明導電膜であり上部電極へ発生した電気を伝える役割を有する。１３−１６は太陽電池を１枚の基板内で直列接続されており、透明導電膜１６は上部の電極１４と接続されている。１７はハンダであり、太陽電池を接続する配線１８と太陽電池の電極１４とを物理的・電気的につなげている。ここで、酸化皮膜１２の厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施形態１）
まず、０．５ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ４３０）の薄板基板１１上に０．２ｍｍ程度のソーダライムガラスを主成分とするガラス質の絶縁層１３を形成した。この基板上にＭｏをスパッタ法で形成して電極１４とした。次に、電極１４の一部を、ストライプ状に等間隔で複数除去することによって、複数の短冊状に加工した。電極１４の除去はＹＡＧレーザを用いたレーザパターニング法によって行った。
【００２０】
次に、太陽電池素子本体１５を形成した。本実施例の場合は蒸着法により厚さ２μｍのＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2からなる光吸収層を形成した。その後ＩｎＳ溶液による表面処理とＣｄＳバッファ層を形成することにより、太陽電池のｐｎ接合を形成した。
【００２１】
その後、Ｍｏより上部の膜を切削工具を用いたメカニカルパターニング法により分割した。実施例の図面上ではこの２工程で分割された部分を太陽電池素子本体１５として記載している。
【００２２】
さらに、透明な低抵抗インジウム−錫酸化物合金（ＩＴＯ）膜をスパッタリング法にて形成し、透明導電膜１６とした。最後に、Ｍｏより上部の膜を、切削工具を用いたメカニカルパターニング法により除去することにより太陽電池の素子分離を行った。
【００２３】
次に、このようにして形成した太陽電池をトリミングする方法について説明する。図２はトリミングの方法を説明する概念図であり、金属基板４１上に絶縁膜４２を介して形成した太陽電池４３はＸＹθテーブルに乗っており、所望の位置で切削可能となっている。その基板上に、室温において、集光光学系４５で高光密度化されたＣＯ2レーザ光４４を照射した。その際に、加工部位にガスが直接供給できるように設計されたノズル４７から酸素ガス４６を１００ｓｃｃｍ供給した。高密度化したレーザ光により、金属基板４１、絶縁膜４２、太陽電池４３は一度に熱蒸発し切削される。加工に用いたレーザ光の波長は１０．６μｍであり、集光光学系で０．１ｍｍ径に集光され、１ＭＷ／ｃｍ2の強度で走査速度は５ｍｍ／秒であった。
【００２４】
このようにして分断した金属基板端面は酸化層の厚さが１０ミクロンであり、１ｃｍの間隔でプローブをあてて抵抗を測定したとき、その抵抗値は２ＭΩであった。本実施例において酸素ガスの流量は１００ｓｃｃｍであったが、このときの切断部付近の酸素濃度は４０％であった。このほか、切断部の酸素濃度が１０％以上あれば実用上十分な絶縁抵抗を持つ膜が得られ、このときの酸化皮膜の厚さはすべて１ミクロン以上であった。
【００２５】
本実施例ではＣＯ2レーザを用いているが、このほかレーザ発振器にはＣＯレーザ（波長５．５μｍ）、ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）、ＹＶＯ4レーザ（波長１．０６μｍ）、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザを用いても、照射パワー密度が同じであれば同様の効果が得られた。レーザ光は、線幅に関係なく、基板の厚さが１ｍｍ以下であれば照射エネルギー密度が０．１ＭＷ／ｃｍ2〜１０ＭＷ／ｃｍ2の範囲で平坦な切断面がえられ、酸化膜も均質なものが得られた。切断速度に関しては１ｍｍ／ｓ〜１０ｍｍ／ｓの範囲であれば平坦な切断面がえられ、酸化膜も均質なものが得られた。切断加工する際には熱が発生するので、切断の際には基板からの排熱を良好にするようにヒートシンクを設けている。このことにより基板温度は１００℃以下に抑えられている。この温度上昇は太陽電池の特性が劣化しない範囲の抑えるのが好ましく、本実施例に用いた太陽電池の場合は２００℃以下であった。
ここではレーザ加工の例を示したが、酸化性ガスを供給しながらプラズマ切断を行った場合でも同様の効果が見られた。切断方法によらず、切断時に切断面が高温になっている場合に酸化性ガスを直接供給することにより、酸化層が効果的に形成されるという原理に基づくものである。
【００２６】
次に、太陽電池の接続について説明する。このようにして作製した太陽電池を、図１Ａに示すように直列接続配線をつける部分が隣り合わせになるように配列し、隣り合う電極１４にまたがるように、幅２ｍｍのハンダ付きリボン１８（主材質はＡｌ）をのせ、ハンダ付けを行い、太陽電池モジュールを形成した。この結果、従来の構造では隙間にハンダがしみこんで発生した短絡の頻度が約１／２０であったのに対し、本実施形態１の方法では約１／１００以下の頻度に改善された。
【００２７】
（実施形態２）
まず実施形態１と同様に、ステンレス（ＳＵＳ４３０）の薄板基板１１上に絶縁層１３を形成し、その上にＭｏをスパッタ法で形成して電極膜１４とした。次に、電極１４の一部を、レーザスクライブ法により複数の短冊状に分割加工し、蒸着法により厚さ２μｍのＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2からなる光吸収層を形成した。その後ＩｎＳ溶液による表面処理とＣｄＳバッファ層形成を行うことにより、太陽電池本体１５を形成した。
【００２８】
その後、Ｍｏより上部の膜をメカニカルスクライブ法により分割し、透明な低抵抗ＩＴＯ膜をスパッタリング法にて形成し、透明導電膜１６とした。最後に、Ｍｏより上部の膜を、メカニカルスクライブ法により除去することにより太陽電池の素子分離を行った。
【００２９】
このようにして形成した太陽電池の端部をトリミングする方法について以下に説明する。図３に示すように太陽電池をダイシング装置にセットして、回転砥石５４で切断した。その際に、切断部位に液体が直接当たるように設置されたノズル５５から酸化性溶液５６として水：過酸化水素水：リン酸が８：１：１（体積比率）の溶液を１０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。ここで、回転砥石の刃幅０．１３ｍｍで、回転数２００００ｒｐｍ、切削速度１０ｍｍ／ｓ、１回あたりの切削量０．１ｍｍであった。
【００３０】
このようにして分断した金属基板端面は酸化層の厚さが５ミクロンであり、１ｃｍの間隔でプローブをあてて抵抗を測定したとき、その抵抗値は１ＭΩであった。このほか、酸化性液体に含まれる過酸化水素の濃度が１体積パーセント以上あれば実用上十分な絶縁抵抗を持つ膜が得られ、このときの酸化皮膜の厚さはすべて１ミクロン以上であった。
【００３１】
ここで、酸化性溶液として過酸化水素水を用いているが、一般に酸化性液体は不安定であるので、安定剤を混ぜることが多い、本実施例では安定剤として過酸化水素と同量のリン酸を加えているが、安定剤の量としては過酸化水素の１／１０以上であれば、少なくとも１日以上酸化の効果が持続した。また、安定剤としてリン酸を用いているが、このほか、尿酸やアセトアニリドでも同様の濃度で同様の効果があった。
【００３２】
本実施形態ではいずれも太陽電池としてＣＩＳ系太陽電池の例を示したが、上下に電極層を有する薄膜太陽電池であれば、このほかアモルファスシリコン太陽電子や微結晶シリコン太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、有機太陽電池でも同等の効果が得られた。また、本実施例では直列接続を示したが、並列接続に用いても同様に効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかる太陽電池は、屋内から屋外にかけて広く電力供給源として用いられる。化石燃料の代替エネルギー源として利用することにより、地球環境保護等として有用である。現在では住宅の屋根・工場の屋上・ビルの壁面などでの電力供給源、電灯線のないところでの独立電源（標識や街灯）、携帯用機器の電源、ソーラーカー・人工衛星等の応用商品に使用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１Ａは本発明の実施形態１における太陽電池接続（正常状態）の断面図。図１Ｂは本発明の実施形態１において配列された太陽電池の隙間にハンダがしみこんだ場合（故障回避状態）の断面図。
【図２】図２は本発明の実施形態１における太陽電池の金属端面への酸化膜の形成方法の図。
【図３】図３は本発明の実施形態２における太陽電池の金属端面への酸化膜の形成方法の図。
【図４】図４Ａは従来の太陽電池における太陽電池接続（正常状態）の断面図。図４Ｂは従来の太陽電池の接続において配列された太陽電池の隙間にハンダがしみこんだ場合（故障状態）の断面図。
【図５】図５Ａは従来の太陽電池における太陽電池接続（正常状態）の断面図。図５Ｂは従来の太陽電池の接続において配列された太陽電池の隙間にハンダがしみこんだ場合（故障状態）の断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１１，２１，３１，４１，５１  金属基板
１２  金属酸化膜
１３，２３，２９，３３，４２，５２  絶縁体
１４，２４，３４，３４ａ，３４ｂ  電極
１５，２５，３５，４３，５３  太陽電池本体
１６，２６，３６  透明導電膜
１７，２７，３７，３７ａ，３７ｂ  ハンダ
１８，２８，３８，３８ａ，３８ｂ  配線
４４  レーザ光
４５  集光光学系
４６  酸化性ガス
４７，５５  ノズル
５４  回転砥石
５６  酸化性液体
【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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