(57)【要約】【課題】光電変換素子が蒸着により形成されており、強度を損なうことなく優れた電池性能及び防湿性を備え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】太陽電池モジュール１１は、ガラス基板２と、裏面電極４、光吸収層５、透明電極７がこの順に蒸着により積層された光電変換素子３とを備える太陽電池１と、カバーガラス１２と、シール層１３と、充填剤１４とを備える。光電変換素子３は、周縁部に形成されている傾斜面３ａが、ガラス基板２上に延設されている裏面電極４ａを残して除去され、ガラス基板２上の傾斜面３ａが除去された部分にシール層１３が配設されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板と、該ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極がこの順に蒸着により積層されてなる光電変換素子とを備える太陽電池と、
該太陽電池の該透明電極に対向して配置されたカバーガラスと、
該ガラス基板上に該光電変換素子を囲繞して配設され、該ガラス基板と該カバーガラスとの間隙を密封するシール層と、
該シール層の内周側の該ガラス基板と該カバーガラスとの間に充填され、該光電変換素子を封止する充填剤とを備える太陽電池モジュールにおいて、
該光電変換素子は、該蒸着によりその周縁部に形成されている傾斜面が、該光電変換素子の周縁から外方の該ガラス基板上に延設されている裏面電極を残して除去されており、該ガラス基板上の該傾斜面が除去された部分に該シール層が配設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】
ガラス基板と、該ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極がこの順に蒸着により積層されてなり、該蒸着によりその周縁部に形成されている傾斜面が、光電変換素子の周縁から外方の該ガラス基板上に延設されている裏面電極を残して除去されている光電変換素子とを備える太陽電池と、該太陽電池の該透明電極に対向して配置されたカバーガラスと、該ガラス基板上の該傾斜面が除去された部分に該光電変換素子を囲繞して配設され、該ガラス基板と該カバーガラスとの間隙を密封するシール層と、該シール層の内周側の該ガラス基板と該カバーガラスとの間に充填され、該光電変換素子を封止する充填剤とを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極をこの順に蒸着により積層して光電変換素子を形成する工程と、
該光電変換素子の周縁部を加熱することにより、該蒸着により該周縁部に形成されている傾斜面を蒸発させて除去する工程と、
該光電変換素子の該蒸発により除去された部分に隣接し、該加熱の影響を受けた領域を、該領域の該裏面電極を残して機械的に除去し、該裏面電極を露出させる工程と、
該ガラス基板上に、該光電変換素子を囲繞するシール層を形成し、該シール層の内周側に充填剤を充填して該光電変換素子を封止し、該シール層の上にカバーガラスを配設し、該充填剤を介して該光電変換素子を密封する工程と、
を備える太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
ガラス基板と、該ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極がこの順に蒸着により積層されてなり、該蒸着によりその周縁部に形成されている傾斜面が、光電変換素子の周縁から外方の該ガラス基板上に延設されている裏面電極を残して除去されている光電変換素子とを備える太陽電池と、該太陽電池の該透明電極に対向して配置されたカバーガラスと、該ガラス基板上の該傾斜面が除去された部分に該光電変換素子を囲繞して配設され、該ガラス基板と該カバーガラスとの間隙を密封するシール層と、該シール層の内周側の該ガラス基板と該カバーガラスとの間に充填され、該光電変換素子を封止する充填剤とを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極をこの順に蒸着により積層して光電変換素子を形成する工程と、
該蒸着により該光電変換素子の周縁部に形成されている傾斜面と該傾斜面に隣接する所定の範囲の領域を、該裏面電極を残して機械的に除去し、該裏面電極を露出させる工程と、
露出された該裏面電極の周縁部の所定の領域を加熱することにより、該領域の該裏面電極を蒸発させて除去する工程と、
該ガラス基板上に、該光電変換素子を囲繞するシール層を形成し、該シール層の内周側に充填剤を充填して該光電変換素子を封止し、該シール層の上にカバーガラスを配設し、該充填剤を介して該光電変換素子を密封する工程と、
を備える太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の太陽電池モジュールの製造方法において、前記加熱はレーザー照射により行うことを特徴とする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、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】
従来、ガラス基板上に裏面電極、光吸収層、バッファ層、透明電極をこの順に積層した太陽電池が知られている。前記太陽電池は、前記裏面電極、光吸収層、バッファ層、透明電極により光電変換素子が構成されている。前記光電変換素子は、水分により劣化されやすいため、前記太陽電池を屋外に設置する場合には、防水対策が必要になる。
【０００３】
前記防水対策として、前記太陽電池を防湿性材料の中に充填剤により封止してモジュール化した太陽電池モジュールが提案されている。前記太陽電池モジュールは、例えば、前記透明電極側にカバーガラスを配設する一方、前記ガラス基板側に防湿性のバックシートを配設し、該バックシートの周縁部を前記カバーガラスに接着して、該太陽電池を包み込んだ構成を備えている。また、前記太陽電池は、前記カバーガラスと前記バックシートとにより囲まれた空間内に充填された充填剤により封止されている。
【０００４】
前記バックシートとしては、例えば、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂からなるフィルムにアルミニウム箔等がラミネートされた防湿性シートが用いられている。また、前記充填剤としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等が用いられる。
【０００５】
ところが、前記構成を備える太陽電池モジュールでは、前記バックシートに微細な孔があったり、該バックシートと前記カバーガラスとの接着が劣化すると、その部分から該太陽電池モジュール内に水分が侵入することがある。一旦、前記太陽電池モジュール内に水分が侵入すると、前記ＥＶＡからなる充填剤は透湿性を備えているため、前記太陽電池の光電変換素子が水分の影響を受け劣化するという問題がある。
【０００６】
そこで、前記太陽電池の前記透明電極側にカバーガラスを配設すると共に、前記ガラス基板上に前記光電変換素子を囲繞する吸湿性吸着剤を配設し、該吸湿性吸着剤により該カバーガラスと該ガラス基板との間隙を密封するシール層を形成した太陽電池モジュールが提案されている（特許文献１参照）。前記シール層を備える太陽電池モジュールでは、該シール層の内周側に充填された充填剤により前記太陽電池が封止されている。
【０００７】
また、前記太陽電池として、化学式Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２で表されるカルコパイライト化合物（以下、ＣＩＧＳと略記する）からなる光吸収層を備える太陽電池が知られている。前記太陽電池は、例えば、ガラス基板上に、裏面電極、ＣＩＧＳからなる光吸収層、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＩｎＳ等のバッファ層、透明電極の各層をこの順に積層した構成を備えている。前記太陽電池は、ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極の各層をこの順にスパッタリング等により蒸着することにより前記光電変換素子が形成される（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
ところが、前記蒸着により形成された前記光電変換素子は、前記各層がその周縁部において該光電変換素子側から外方に向かって次第に厚さを減じる傾斜面となっている。前記傾斜面では、前記各層の厚さが薄く、また各層の積層状態も不均一であるため、電流リークが生じやすく、電池性能の面から好ましくない。
【０００９】
そこで、前記ＣＩＧＳからなる光吸収層を備える太陽電池のように、前記光電変換素子が前記蒸着により形成される太陽電池では、前記光電変換素子の周縁部の前記傾斜面を形成している部分を、前記ガラス基板と共に折損することにより除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−１８８３５７号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／０９８９６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記光電変換素子の周縁部の前記傾斜面を形成している部分を、前記ガラス基板と共に折損すると、該光電変換素子の周囲から該ガラス基板が失われる。この結果、前記太陽電池の前記透明電極側にカバーガラスを配設したときに、前記ガラス基板上に前記光電変換素子を囲繞する吸湿性吸着剤等からなるシール層を配設することができなくなるという問題がある。前記問題を解決するために、前記光電変換素子の周縁部の前記傾斜面を形成している部分を、レーザー等により加熱することにより蒸発させて除去し、前記シール層を配設するスペースを確保することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、この場合には、前記光電変換素子の蒸発させて除去された部分に隣接する領域において、前記レーザー等の熱により前記光吸収層が変質し、前記裏面電極と前記透明電極とが短絡されるとの不都合がある。
【００１３】
また、前記傾斜面を形成している部分を、蒸発させて除去する方法に代えて、サンドブラストやニードルにより機械的に除去することが考えられる。
【００１４】
しかしながら、この場合には、前記裏面電極は硬度が大きいために除去することが困難であり、無理に除去するとガラス基板を傷つけ、前記太陽電池の強度が低下するとの不都合がある。
【００１５】
そこで、本発明は、かかる不都合を解消して、光電変換素子が蒸着により形成されていると共に、強度を損なうことなく優れた電池性能及び防湿性を備える太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の目的は、前記太陽電池モジュールを容易に製造することができる製造方法を提供することにもある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる目的を達成するために、本発明は、ガラス基板と、該ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極がこの順に蒸着により積層されてなる光電変換素子とを備える太陽電池と、該太陽電池の該透明電極に対向して配置されたカバーガラスと、該ガラス基板上に該光電変換素子を囲繞して配設され、該ガラス基板と該カバーガラスとの間隙を密封するシール層と、該シール層の内周側の該ガラス基板と該カバーガラスとの間に充填され、該光電変換素子を封止する充填剤とを備える太陽電池モジュールにおいて、該光電変換素子は、その周縁部に該蒸着により形成されている傾斜面が、該光電変換素子の周縁から外方の該ガラス基板上に延設されている裏面電極を残して除去されており、該ガラス基板上の該傾斜面が除去された部分に該シール層が配設されていることを特徴とする。
【００１８】
前記光電変換素子は、前記裏面電極、光吸収層、透明電極がスパッタリング等のＰＶＤ法やＣＶＤ法等の蒸着により形成されているので、その周縁部において該光電変換素子側から外方に向かって次第に厚さを減じる傾斜面となり、電流リークを生じさせる虞がある。しかし、本発明の太陽電池モジュールでは、前記傾斜面が除去されているので、電流リークが生じる虞がなく、優れた電池性能を得ることができる。またこのとき、前記傾斜面は、前記裏面電極を残して除去されるので、該裏面電極により前記ガラス基板が保護されることとなり、強度を損なうことがない。
【００１９】
また、本発明の太陽電池モジュールでは、前記光電変換素子は、前記ガラス基板上の前記傾斜面が除去された部分に配設された前記シール層により囲繞されており、前記ガラス基板と前記カバーガラスとの間隙は、該シール層により密封されている。そして、前記光電変換素子は、前記シール層の内周側に充填された前記充填剤により前記ガラス基板と前記カバーガラスとの間に封止されている。従って、本発明の太陽電池モジュールによれば優れた防湿性を得ることができる。
【００２０】
本発明の太陽電池モジュールは、ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極をこの順に蒸着により積層して光電変換素子を形成する工程と、該光電変換素子の周縁部を加熱することにより、該蒸着により該周縁部に形成されている傾斜面を蒸発させて除去する工程と、該光電変換素子の該蒸発により除去された部分に隣接し、該加熱の影響を受けた領域を、該領域の該裏面電極を残して機械的に除去し、該裏面電極を露出させる工程と、該ガラス基板上に、該光電変換素子を囲繞するシール層を形成し、該シール層の内周側に充填剤を充填して該光電変換素子を封止し、該シール層の上にカバーガラスを配設し、該充填剤を介して該光電変換素子を密封する工程とを備える製造方法により、容易に製造することができる。
【００２１】
本発明の太陽電池モジュールの製造方法では、まず、ガラス基板上に、裏面電極、光吸収層、透明電極をこの順に、スパッタリング等の蒸着により積層することにより光電変換素子を形成する。この結果、前記ガラス基板と前記光電変換素子とを備える太陽電池が形成される。
【００２２】
このとき、前記光電変換素子は、その周縁部が該光電変換素子側から外方に向かって次第に厚さを減じる傾斜面となっている。前記傾斜面は、電流リークの原因となり、電池性能の面から好ましくない。
【００２３】
そこで、次に、前記光電変換素子の周縁部を加熱することにより、前記傾斜面を蒸発させて除去する。しかしこのままでは、前記光電変換素子の光吸収層が、前記加熱により変質し、前記裏面電極と前記透明電極とが短絡された状態となるという問題が残る。
【００２４】
そこで、次に、前記光電変換素子の前記蒸発により除去された部分に隣接し、該加熱の影響を受けた領域を機械的に除去する。このとき、前記裏面電極は硬度が大であるので、前記加熱の影響を受けた領域の機械的な除去は、該領域の前記光吸収層及び前記透明電極層に対して行い、前記裏面電極は残すようにする。この結果、前記光電変換素子の周縁から外方の前記ガラス基板上に延設されている裏面電極が形成され、該裏面電極により該ガラス基板が保護されることとなるので、太陽電池の強度を損なうことがない。
【００２５】
前記のようにして前記傾斜面を除去することにより、前記ガラス基板上に前記シール層を形成するスペースを確保することができる。そこで次に、前記ガラス基板上の前記スペースに、前記光電変換素子を囲繞する前記シール層を形成する。
【００２６】
そして、前記シール層の内周側に前記充填剤を充填し、該充填剤により前記光電変換素子を封止した後、該シール層の上にカバーガラスを配設し、該充填剤を介して該光電変換素子を密封する。この結果、本発明の太陽電池モジュールを得ることができる。
【００２７】
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法では、前記光電変換素子の形成後、まず、該光電変換素子の周縁部に形成されている前記傾斜面と該傾斜面に隣接する所定の範囲の領域において、前記裏面電極を残して、前記光吸収層及び前記透明電極を機械的に除去し、前記裏面電極を露出させるようにしてもよい。この場合には、続いて、露出された前記裏面電極の周縁部の所定の領域を加熱することにより、該周縁部を蒸発させて除去し、前記ガラス基板上に前記シール層を形成するためのスペースを設けてもよい。このようにしても、前記と同様の作用効果を奏することができる。尚、この場合、前記裏面電極の周縁部において加熱する領域の範囲は、該領域が除去された後に、前記光電変換素子の周縁部の前記光吸収層が変質しないように設定される。
【００２８】
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記加熱はレーザー照射により行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の太陽電池モジュールに用いる太陽電池の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの一構成例を示す説明的断面図。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの製造方法の前半部の第１の態様を示す説明的断面図。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの製造方法の前半部の第２の態様を示す説明的断面図。
【図５】本発明の太陽電池モジュールの製造方法の後半部を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態に用いる太陽電池１は、ガラス基板２と、ガラス基板２上に形成された光電変換素子３とからなる。光電変換素子３は、ガラス基板２上に、Ｍｏからなる裏面電極４、ＣＩＧＳからなる光吸収層５、ＩｎＳからなるバッファ層６、ＺｎＯ・Ａｌからなる透明電極７が、この順にスパッタリング等により蒸着されることにより形成されている。
【００３２】
前記光電変換素子３は、蒸着により形成された直後には、その周縁部が図１に仮想線示するように、光電変換素子３側から外方に向かって次第に厚さを減じる傾斜面３ａとなっている。しかし、傾斜面３ａは、太陽電池１において電流リークの原因となるので、除去されている。
【００３３】
また、光電変換素子３では、傾斜面３ａに隣接して仮想線示される領域３ｂにおいて、光吸収層５、バッファ層６、透明電極７が除去されて、裏面電極４が露出され、裏面電極延設部４ａが形成されている。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１１は、図１に示す太陽電池１をモジュール化したものである。太陽電池モジュール１１は、太陽電池１の透明電極７に対向して配置されたカバーガラス１２と、ガラス基板２上に光電変換素子３を囲繞して配設され、ガラス基板２とカバーガラス１２との間隙を密封するシール層１３とを備えている。また、シール層１３の内周側のガラス基板２とカバーガラス１２との間には充填剤１４が充填され、光電変換素子３が充填剤１４により封止されている。
【００３５】
ここで、シール層１３には、例えば、ブチルゴム等のエラストマーを用いることができ、さらに該エラストマーに高吸水性ポリマー、吸水性の無機多孔質材料等を含有させてもよい。また、充填剤１４には、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いることができる。
【００３６】
次に、太陽電池モジュール１１の製造方法について説明する。
【００３７】
太陽電池モジュール１１を製造するときには、まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板２上に、Ｍｏからなる裏面電極４、ＣＩＧＳからなる光吸収層５、ＩｎＳからなるバッファ層６、ＺｎＯ・Ａｌからなる透明電極７を、この順にスパッタリング等の蒸着により積層して形成する。
【００３８】
具体的には、初めにガラス基板２上に、Ｍｏからなる裏面電極４をスパッタリングにより蒸着し、レーザーを照射してスクライブすることにより、複数の領域に分割する。次に、分割された裏面電極４上に、Ｉｎ層をスパッタリングにより蒸着し、さらにＩｎ層上にＣｕ・Ｇａ層をスパッタリングにより蒸着する。
【００３９】
次に、ガラス基板２をＨ２Ｓｅガス雰囲気中、５００〜６５０℃の温度に加熱し、Ｃｕ・Ｇａ／Ｉｎ層をＳｅ化することによりＣＩＧＳとし、光吸収層５を形成する。次に、光吸収層５上に化学浴堆積法によりＩｎＳからなるバッファ層６を形成する。そして、光吸収層５及びバッファ層６をニードルによりスクライブして、分割された裏面電極４に対応する複数の領域に分割する。
【００４０】
次に、バッファ層６上に、ＺｎＯ・Ａｌからなる透明電極７をスパッタリングにより蒸着する。この結果、Ｍｏからなる裏面電極４、ＣＩＧＳからなる光吸収層５、ＩｎＳからなるバッファ層６、ＺｎＯ・Ａｌからなる透明電極７が、この順に積層された光電変換素子３が形成される。
【００４１】
このとき、光電変換素子３の周縁部には、光電変換素子３側から外方に向かって次第に厚さを減じる傾斜面３ａが形成されている。そこで、次に、傾斜面３ａを含む領域にレーザーを照射して加熱し、図３（ｂ）に示すように、傾斜面３ａを蒸発させて除去する。
【００４２】
このようにすると、光吸収層５がレーザー照射の加熱により変質し、裏面電極４と透明電極７とが変質した光吸収層５により短絡してしまい、太陽電池１の性能が低下してしまう。そこで、次に、傾斜面３ａに隣接する領域３ｂにおいて、光吸収層５、バッファ層６、透明電極７をニードルにより機械的に除去する。
【００４３】
このとき、Ｍｏからなる裏面電極４は硬度が大であり、ニードルにより機械的に除去することが難しい。また、無理に裏面電極４を除去すると、ガラス基板２が傷つき、太陽電池１の強度が損なわれることがある。
【００４４】
そこで、本実施形態の製造方法では、光吸収層５、バッファ層６、透明電極７をニードルにより機械的に除去して、裏面電極４を露出させると共に、領域３ｂに対応する部分の裏面電極４を残置することにより、裏面電極延設部４ａを形成する。この結果、裏面電極延設部４ａにより、ガラス基板２がニードルから保護されることとなり、太陽電池１の強度が損なわれることがない。
【００４５】
また、本実施形態の製造方法では、レーザー照射による加熱と、ニードルによる機械的除去との順番を入れ替えてもよい。
【００４６】
この場合には、まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板２上に、Ｍｏからなる裏面電極４、ＣＩＧＳからなる光吸収層５、ＩｎＳからなるバッファ層６、ＺｎＯ・Ａｌからなる透明電極７を、この順に、図３（ａ）に示す場合と全く同一にして形成する。
【００４７】
次に、図４（ｂ）に示すように、傾斜面３ａと隣接する領域３ｂとにおいて、光吸収層５、バッファ層６、透明電極７をニードルにより機械的に除去して、裏面電極４を露出させる。そして、図４（ｃ）に示すように、裏面電極４の傾斜面３ａを含む領域にレーザーを照射して加熱し、この領域を蒸発させて除去することにより、裏面電極延設部４ａを形成する。
【００４８】
本実施形態の製造方法では、図３又は図４に示す工程の結果、図１に示す太陽電池１が形成される。そこで、次に、太陽電池１を用いて、図２に示す太陽電池モジュール１１を形成する。
【００４９】
太陽電池モジュール１１の形成は、図５に示すように、カバーガラス１２上にシート状の充填剤１４、シール層１３、太陽電池１をこの順に積層し、加熱圧着することにより行う。このとき、シール層１３は予め枠体状に形成されており、光電変換素子３を囲繞するように、太陽電池１を形成するガラス基板２に当接される。また、太陽電池１は、透明電極７の側でカバーガラス１２に対向するように積層される。
【００５０】
前記加熱圧着は、例えば、前記のように積層されたカバーガラス１２、充填剤１４、シール層１３、太陽電池１を、真空ラミネート装置内のホットプレート上に載置し、真空ラミネート装置内を減圧すると共に、充填剤１４の軟化点以上の温度に加熱することにより行うことができる。更に、前記のように積層されたカバーガラス１２、充填剤１４、シール層１３、太陽電池１を脱気しながらプレスすることにより、充填剤１４をシール層１３の内周側のカバーガラス１２とガラス基板２との間に隙間無く充填し、架橋させることができる。
【００５１】
この結果、太陽電池モジュール１１が形成される。
【符号の説明】
【００５２】
１…太陽電池、  ２…ガラス基板、  ３…光電変換素子、  ４…裏面電極、  ５…光吸収層、  ６…バッファ層、  ７…透明電極、  １１…太陽電池モジュール、  １２…カバーガラス、  １３…シール層、  １４…充填剤。
【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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