(57)【要約】【課題】パネル周辺部における電気的な絶縁性を高めた光電変換装置を提供する。【解決手段】透明基板１０上に透明電極１２、光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を順に積層して複数直列に接続した構成において、パネル周辺部において、直列接続の方向に延在する方向に光電変換ユニット１４及び裏面電極１６の端部と、端部と平行に透明電極１２を残し、裏面電極１６が少なくとも除去された第１の絶縁溝２０とを形成する。【選択図】図１（ｅ）
2012074407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の電極、発電層、第２の電極を順に積層した光電変換素子を複数直列に接続した光電変換装置であって、
光電変換装置の周辺部において、前記直列接続の方向に延在する前記発電層及び前記第２の電極の端部と、
前記端部の近傍領域において、前記端部と平行に前記第１の電極を残し、前記第２の電極が少なくとも除去された第１の絶縁溝と、
を備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記第１の絶縁溝は、前記端部から１００ｍｍ以内の領域に形成されることを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光電変換装置であって、
前記第１の絶縁溝は、前記端部から１０ｍｍ以内の領域に形成されることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記端部は、前記直列抵抗の方向に前記第１の電極、前記発電層及び前記第２の電極を除去した第２の絶縁溝によって形成されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光電変換装置であって、
前記第１の絶縁溝は、前記第２の絶縁溝から１００ｍｍ以内の領域に形成されることを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光電変換装置であって、
前記第１の絶縁溝は、前記第２の絶縁溝から１０ｍｍ以内の領域に形成されることを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
基板上に第１の電極、発電層、第２の電極を順に積層した光電変換素子を複数直列に接続した光電変換装置の製造方法であって、
光電変換装置の周辺部において、前記直列接続の方向に延在する前記発電層及び前記第２の電極の端部を形成する工程と、
前記端部の近傍領域において、前記端部と平行に前記第１の電極を残し、前記第２の電極を少なくとも除去して第１の絶縁溝を形成する工程と、
を備えることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶、微結晶またはアモルファスシリコンを用いた太陽電池が知られている。特に、微結晶またはアモルファスシリコンの薄膜を積層した構造を有する太陽電池は、資源消費の観点、コストの低下の観点および効率化の観点から注目されている。
【０００３】
図２に、光電変換装置１００の基本構成の断面模式図を示す。光電変換装置１００は、一般的に、ガラス等の透明基板１０上に透明電極１２、光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を積層した構造を有し、透明基板１０から光を入射させることによって電力を発生させる。このような光電変換装置を直列に集積するための製造方法及びパターニング装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図３（ａ）〜図３（ｆ）に、従来の光電変換装置１００の製造工程を示す。図３（ａ）〜図３（ｆ）では、光電変換装置１００の製造工程の各ステップにおける平面図及び断面図を模式的に示している。断面図は、平面図におけるラインＡ−Ａに沿った断面図とラインＢ−Ｂに沿った断面図を示している。
【０００５】
ステップＳ１０では、図３（ａ）に示すように、レーザ加工により透明基板１０上に形成された透明電極１２を分割するスリットＳ１、及びスリットＳ１に直交する方向にスリットＳ２を形成する。ステップＳ１２では、図３（ｂ）に示すように、透明電極１２を被うように光電変換ユニット１４を成膜する。光電変換ユニット１４としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光電変換ユニット、微結晶（μｃ−Ｓｉ）光電変換ユニット又はそれらのタンデム構造が挙げられる。ステップＳ１４では、図３（ｃ）に示すように、レーザ加工によりスリットＳ１の近傍であって重ならない位置にスリットＳ１の方向に沿って光電変換ユニット１４を分割するスリットＳ３を形成する。ステップＳ１６では、図３（ｄ）に示すように、光電変換ユニット１４を被うように裏面電極１６を形成する。ステップＳ１８では、図３（ｅ）に示すように、レーザ加工によりスリットＳ３の近傍であってスリットＳ１及びＳ３に重ならない位置にスリットＳ１，Ｓ３の方向に沿って光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を分割するスリットＳ４を形成する。これにより、スリットＳ２の方向に沿って複数の太陽電池セルが直列に接続された構造が得られる。ステップＳ２０では、図３（ｆ）に示すように、レーザ加工によりスリットＳ２内に形成された光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を分割するスリットＳ５を形成する。
【０００６】
これにより、スリットＳ１の方向に沿って隣接する太陽電池セル間が電気的に分離され、直列に接続された複数の太陽電池セルからなる太陽電池セル群が複数並設された構造が得られる。そして、これら太陽電池セル群は最終的に並列に接続され、光電変換装置１００を構成する。
【０００７】
また、ステップＳ２０では、光電変換装置１００のパネル周辺部にもスリットＳ５を第２の絶縁溝１８として形成し、外部と光電変換装置１００のパネル端部とを電気的に絶縁している。
【０００８】
また、光電変換装置１００の裏面電極１６の端部が光電変換ユニット１４の端部よりもパネル内側とすることによって、光電変換装置１００のパネル周辺部における絶縁性を向上させる技術も開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−１００４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来の薄膜太陽電池では、屋外で使用した場合、光電変換装置１００の端部
の封止部分から水分進入し、第２の絶縁溝１８や裏面電極１６を内側に退避させた構造における
パネル周辺部の電気的絶縁の低下や、光電変換ユニット１４が剥離し、透明電極１２と裏
面電極１６とが接触することによる短絡パスの形成が引き起こされる場合がある。
【００１１】
また、パネル周辺部の十分な電気的絶縁を確保するために、スリットＳ５を形成する際のレーザーパワーを大きくせざるを得ないが、光電変換ユニット１４の端面にダメージが入り、短絡パスが形成される場合がある。さらに、水分進入の可能性が少ない、屋内光で使用するような小型太陽電池の場合、大面積基板に形成し、その基板を破断することによって所定の大きさに切断するが、その際、破断面に各光電変換装置１００の端部の透明電極１２と裏面電極１６とが接触することによって短絡パスが形成されている場合があるため、スリットＳ２とスリットＳ５を形成することが必要になり、発電有効エリアを減らすこととなる。
【００１２】
本発明は、パネル周辺部における電気的な絶縁性を高め、電極間の短絡パスの発生を抑制するとともに発電有効面積の低下を抑制した光電変換装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの態様は、基板上に第１の電極、発電層、第２の電極を順に積層した光電変換素子を複数直列に接続した光電変換装置であって、光電変換装置の周辺部において、前記直列接続の方向に延在する前記発電層及び前記第２の電極の端部と、前記端部の近傍領域において、前記端部と平行に前記第１の電極を残し、前記第２の電極が少なくとも除去された第１の絶縁溝と、を備えることを特徴とする光電変換装置である。
【００１４】
また、本発明の別の態様は、基板上に第１の電極、発電層、第２の電極を順に積層した光電変換素子を複数直列に接続した光電変換装置の製造方法であって、光電変換装置の周辺部において、前記直列接続の方向に交差する方向に前記第１の電極、前記発電層及び前記第２の電極を除去して第２の絶縁溝を形成する工程と、前記第２の絶縁溝の近傍領域において、前記第２の絶縁溝と平行に前記第１の電極を残し、前記第２の電極が少なくとも除去して第１の絶縁溝を形成する工程と、を備えることを特徴とする光電変換装置の製造方法である。
【００１５】
ここで、前記端部は、前記直列抵抗の方向に前記第１の電極、前記発電層及び前記第２の電極を除去した第１の絶縁溝によって形成されていることが好適である。さらに、前記第１の絶縁溝は、前記第２の絶縁溝から１００ｍｍ以内の領域に形成されることが好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、パネル周辺部における電気的な絶縁性を高めた光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１（ａ）】本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図１（ｂ）】本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図１（ｃ）】本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図１（ｄ）】本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図１（ｅ）】本発明の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図２】光電変換装置の基本構成を示す図である。
【図３（ａ）】従来の光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図３（ｂ）】従来の光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図３（ｃ）】従来の光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図３（ｄ）】従来の光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図３（ｅ）】従来の光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図３（ｆ）】従来の光電変換装置の製造工程を示す平面図及び断面図である。
【図４】本実施の形態における光電変換装置の一構成例を示す図である。
【図５】光電変換装置の発電特性を示す図である。
【図６】図４に示した光電変換装置の等価回路を示す図である。
【図７】光電変換装置のスリットＳ５とＳ６の距離に対する発電出力の関係を示す図である。
【図８】光電変換装置のスリットＳ５とＳ６の距離に対する発電出力の関係を示す図である。
【図９】光電変換装置のスリットＳ５とＳ６の距離に対する発電出力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１（ａ）〜図１（ｅ）に、本実施の形態における光電変換装置２００の製造工程を示す。図１（ａ）〜図１（ｅ）では、光電変換装置２００の製造工程の各ステップにおける平面図及び断面図を模式的に示している。断面図は、平面図におけるラインＣ−Ｃに沿った断面図とラインＤ−Ｄに沿った断面図を示している。
【００１９】
ステップＳ３０では、図１（ａ）に示すように、レーザ加工により透明基板１０上に形成された透明電極１２を分割するスリットＳ１（図中、左右方向）、及びスリットＳ１に直交する方向にスリットＳ２（図中、上下方向）を形成する。このとき、光電変換装置２００のパネル周辺部にも第２の絶縁溝１８となるスリットＳ２を形成する。
【００２０】
透明基板１０は、太陽電池において光電変換に利用される波長の光を透過する材料とし、例えば、ガラス、プラスチック等を用いる。透明電極１２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることができる。
【００２１】
スリットＳ１及びＳ２を形成するためのレーザ装置は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明電極１２側から照射し、連続してスリットＳ１の方向及びそれに直交するスリットＳ２の方向に走査することによってスリットＳ１及びＳ２を形成することができる。なお、スリットＳ１及びＳ２を形成するためのレーザは、透明基板１０側から照射してもよい。
【００２２】
また、太陽電池セルを直列に多数集積するために多数のスリットＳ１を形成する必要があるので、スリットＳ１に直交する方向にレーザビーム出射口を等間隔に複数配置したマルチ出射型のレーザ装置を用いることが好適である。例えば、２〜５ヶ所のレーザビーム出射口を配置したレーザ装置を用いることが好適である。これにより、太陽電池セルを直列に多数集積するために多数のスリットＳ１を高速に形成することができる。なお、スリットＳ２の寸法は他のスリットの寸法より大きく、スリットＳ２の加工精度は他のスリットよりも低くてもよいので、マルチ出射型のレーザ装置を用いた場合であっても加工条件の設定は容易である。
【００２３】
ステップＳ３２では、図１（ｂ）に示すように、透明電極１２及びスリットＳ１，Ｓ２を被うように光電変換ユニット１４を成膜する。光電変換ユニット１４は、特に限定されるものではないが、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光電変換ユニット、微結晶（μｃ−Ｓｉ）光電変換ユニット又はそれらのタンデム構造が挙げられる。光電変換ユニット１４は、プラズマＣＶＤ等を用いて形成することができる。
【００２４】
ステップＳ３４では、図１（ｃ）に示すように、レーザ加工により光電変換ユニット１４を分割するスリットＳ３を形成する。スリットＳ３は、スリットＳ１の近傍であってスリットＳ１に重ならない位置にスリットＳ１の方向に沿って透明電極１２の表面まで形成する。
【００２５】
スリットＳ３を形成するためのレーザ装置は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍波）を用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明基板１０側から照射し、スリットＳ３の方向に走査することによってスリットＳ３を形成することができる。
【００２６】
ステップＳ３６では、図１（ｄ）に示すように、光電変換ユニット１４及びスリットＳ３を被うように裏面電極１６を形成する。裏面電極１６は、反射性金属とすることが好適である。また、反射性金属と透明導電性酸化物（ＴＣＯ）との積層構造とすることも好適である。金属電極としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等が使用できる。また、透明導電性酸化膜（ＴＣＯ）としては、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等が使用できる。
【００２７】
ステップＳ３８では、図１（ｅ）に示すように、レーザ加工により光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を分割するスリットＳ４，Ｓ５及びＳ６を形成する。スリットＳ４は、スリットＳ３の近傍であってスリットＳ１及びＳ３に重ならない位置にスリットＳ１，Ｓ３の方向に沿って光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を分割するように透明電極１２の表面まで形成する。これにより、スリットＳ２の方向に沿って複数の太陽電池セルが直列に接続された構造が得られる。
【００２８】
スリットＳ５は、スリットＳ２が形成された領域内においてスリットＳ２内に形成された光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を分割するように透明電極１２の表面まで形成する。スリットＳ５は直列接続の方向に設けられることにより、スリットＳ１の方向に隣接する太陽電池セル間が電気的に分離される。また、光電変換装置２００のパネル周辺部に形成した第２の絶縁溝１８となるスリットＳ２内にもスリットＳ５を形成し、パネル周辺部の光電変換ユニット１４及び裏面電極１６とパネル内側の光電変換ユニット１４及び裏面電極１６とを電気的に分離する。
【００２９】
なお、スリットＳ２が形成された領域内にスリットＳ５を形成するので、透明電極１２側からのレーザ光の照射が可能となり、スリットＳ４を形成する際に連続してスリットＳ５を形成することができる。
【００３０】
さらに、スリットＳ６を形成する。スリットＳ６は、第１の絶縁溝２０となる。スリットＳ６は、第２の絶縁溝１８よりもパネル内側の領域において少なくとも裏面電極１６を除去し、透明電極１２のみを残すように形成する。例えば、光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を除去し、透明電極１２のみを残すようにスリットＳ６を形成する。また、スリットＳ６は、第２の絶縁溝１８となるスリットＳ２及びＳ５などで形成された光電変換ユニット１４と裏面電極１６の端部と平行に形成することが好適である。
【００３１】
次に、光電変換装置２００のスリットＳ６の好適な位置を求めた。図４は、光電変換装置２００のスリットＳ６の好適な位置を求めるために形成した光電変換パネルの構成を示す。図４の例では、光電変換ユニット１４としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光電変換ユニットと微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）光電変換ユニットのタンデム構造を有する太陽電池セルの長さは９０ｍｍであり、太陽電池セルの列が９段形成されている。
【００３２】
図５は、スリットＳ５とスリットＳ６との距離に対する光電変換装置２００の発電特性の実測値を示す。太実線は、スリットＳ５から５ｍｍ離れた位置にスリットＳ６を形成したときの太陽電池セルの１段分の初期発電特性を示す。一点鎖線は、スリットＳ５から５ｍｍ離れた位置にスリットＳ６を形成し、スリットＳ５を電気的に完全に短絡させたときの太陽電池セルの１段分の初期発電特性を示す。点線は、スリットＳ６を形成せず（すなわち、スリットＳ５から９０ｍｍ離れた位置にスリットＳ６を形成した構成に相当）スリットＳ５を電気的に完全に短絡させたときの太陽電池セルの１段分の初期発電特性を示す。
【００３３】
ここで、図４の光電変換装置２００の等価回路は、図６に示すように、太陽電池セルの１段分がスリットＳ６で８５：５の面積比で第１セル領域と第２セル領域とに分割され、その間を直列抵抗ｒｓ及び並列抵抗ｒｓｈで接続した構成で表される。そこで、図５の発電特性に対して図６の等価回路の直列抵抗ｒｓを固定及び並列抵抗ｒｓｈをパラメータとしてフィッティングを行い、スリットＳ５から５ｍｍ離れた位置にスリットＳ６を形成した場合及びスリットＳ６を形成しなかった場合の並列抵抗ｒｓｈを求めた。そして、並列抵抗ｒｓｈがスリットＳ５からの距離に対して数式（１）のように指数関数的に変化するものとして、スリットＳ５からの距離に対する並列抵抗ｒｓｈを求めた。
（数１）
ｒｓｈ＝Ａｅｘｐ（−Ｂｘ）
ここで、Ａ及びＢは係数である。
【００３４】
図６に示される等価回路に上記方法にて求められた並列抵抗ｒｓｈを適用して、太陽電池セルの長さが９０ｍｍ，３００ｍｍ及び６００ｍｍの場合についてスリットＳ６のスリットＳ５からの距離に対する発電出力の変化を算出した。図７は太陽電池セルの長さが９０ｍｍの場合の発電出力の変化を示し、図８は太陽電池セルの長さが３００ｍｍの場合の発電出力の変化を示し、図９は太陽電池セルの長さが６００ｍｍの場合の発電出力の変化を示す。
【００３５】
図８及び図９で示されるように、光電変換装置２００の発電出力は、スリットＳ６がスリットＳ５から１００ｍｍ程度までは緩やかに低下し、１００ｍｍ付近を越えると低下の勾配が急になり、さらに距離が離れるにつれて勾配が緩やかになる。したがって、スリットＳ６（第１の絶縁溝２０）は、光電変換装置２００の発電出力が急激に低下しない範囲、すなわちスリットＳ５（第２の絶縁溝１８）から１００ｍｍ以内の領域に形成することが好適である。特に、スリットＳ６は、短絡が生じやすいスリットＳ５から近い領域、すなわちスリットＳ５から１０ｍｍ以内の領域に形成することがより好適である。
【００３６】
なお上記のスリットＳ６の形成位置に関する検討結果では、スリットＳ５からの距離として規定したが、光電変換ユニット１４と裏面電極１６が分割される幅が１００ｍｍ以内、より好ましくは１０ｍｍ以内とすれば同様の効果を得ることができる。つまり、必ずしもスリットＳ５が形成されていなくてもよく、光電変換ユニット１４と裏面電極１６の端部から１００ｍｍ以内、より好ましくは１０ｍｍ以内にスリットＳ６が形成すればよい。
【００３７】
スリットＳ４，Ｓ５及びＳ６を形成するためのレーザ装置は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍波）を用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明基板１０側から照射し、スリットＳ４，Ｓ５及びＳ６の方向に走査することによってスリットＳ４，Ｓ５及びＳ６を形成することができる。
【００３８】
上記のように、スリットＳ１，Ｓ３及びＳ４は、隣接する太陽電池セル群を直列に接続するために設けられ、スリットＳ２及びＳ５は、直列に接続された太陽電池セル群を並設するために設けられる。これにより、スリットＳ１の方向に沿って隣接する太陽電池セル間が電気的に分離され、直列に接続された複数の太陽電池セルからなる太陽電池セル群が複数並設された構造が得られる。そして、これら太陽電池セル群は最終的に並列に接続され、光電変換装置２００が構成される。
【００３９】
また、第２の絶縁溝１８は、透明基板１０上に形成された透明電極１２、光電変換ユニット１４及び裏面電極１６の総てが除去されている。第２の絶縁溝１８は、光電変換装置２００のパネル周辺部において外部とパネルとの電気的な絶縁を維持する。
【００４０】
さらに、第１の絶縁溝２０が第２の絶縁溝１８よりもパネル内側に設けられる。第１の絶縁溝２０は、少なくとも裏面電極１６が除去された溝として構成される。第２の絶縁溝１８に加えて第１の絶縁溝２０を設けることによって、第２の絶縁溝１８による外部とパネルとの電気的な絶縁が劣化した場合においても、第１の絶縁溝２０よりも周辺部と内側との電気的な絶縁を高く維持することができる。
【００４１】
また、第１の絶縁溝２０によって第２の絶縁溝１８近傍部分とそれ以外の部分の裏面電極を絶縁できるため、第１の絶縁溝を挟むセル領域同士は第２の電極で主に電気的に接続されることになる。第２の電極は透明導電膜であるため、金属と比較すると抵抗率が高い。このため、集積型太陽電池おいて、第２の絶縁溝１８近傍部分の短絡などの不良の影響が小さくなるとともに、第２の絶縁溝１８近傍部分で発電した電気エネルギーも取り出せるため、結果的に出力は増加する。
【００４２】
また、第１の絶縁溝２０を少なくとも裏面電極１６が除去された溝として構成される。第１の絶縁溝２０となるスリットＳ６は、ステップＳ３８においてスリットＳ４，Ｓ５を形成するレーザと同じ装置を用いて形成することができる。これにより、第１の絶縁溝２０を形成する好適を別途設ける必要がなくなり、光電変換装置２００の製造コストを低減できる効果もある。
【００４３】
なお、ステップＳ４０の後に、光電変換装置２００の外周部分を除去する工程等を設けてもよい。また、ステップＳ４０の後に、光電変換装置２００の表面を保護するためのバックシートや樹脂層を形成する工程を設けてもよい。バックシートや樹脂層は、光電変換装置２００の保護層として機能する。
【符号の説明】
【００４４】
１０  透明基板、１２  透明電極、１４  光電変換ユニット、１６  裏面電極、１８  第２の絶縁溝、２０  第１の絶縁溝、１００，２００  光電変換装置。
【図１（ａ）】
2012074407.tif 000003
【図１（ｂ）】
2012074407.tif 000004
【図１（ｃ）】
2012074407.tif 000005
【図１（ｄ）】
2012074407.tif 000006
【図１（ｅ）】
2012074407.tif 000007
【図２】
2012074407.tif 000008
【図３（ａ）】
2012074407.tif 000009
【図３（ｂ）】
2012074407.tif 000010
【図３（ｃ）】
2012074407.tif 000011
【図３（ｄ）】
2012074407.tif 000012
【図３（ｅ）】
2012074407.tif 000013
【図３（ｆ）】
2012074407.tif 000014
【図４】
2012074407.tif 000015
【図５】
2012074407.tif 000016
【図６】
2012074407.tif 000017
【図７】
2012074407.tif 000018
【図８】
2012074407.tif 000019
【図９】
2012074407.tif 000020