(57)【要約】【課題】、裏面電極層とバスバーとの接合強度を高め、信頼性が高く、製造に要する手間と時間を減らすことができる薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池並びに太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】透光性絶縁基板１と、透明電極層２、光電変換層３及び少なくとも外部に面した部分にＡｇで形成された金属膜４１を有する裏面電極層４を含み、透光性絶縁基板１上に配列された積層体５と、積層体５の両端の金属膜４１の表面に配置され、少なくとも金属膜４１と接触する部分がＡｌで形成されたバスバー６と、金属膜４１とバスバー６とを超音波接合した超音波接合部Ｌｐとを備えている薄膜太陽電池Ａ【選択図】図２
2013225614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板、透明電極層、光電変換層及び少なくとも外部に面した部分にＡｇで形成された金属膜を有する裏面電極層を含む積層体に少なくとも前記金属膜との接触部分がＡｌで形成されたバスバーが取り付けられた薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記金属膜及び前記バスバーとの接触部分に荷重及び超音波振動を付与し接合する超音波接合工程を備えていることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記超音波接合工程は複数個の点状の接合部分で前記金属膜と前記バスバーとを接合する請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記積層体は、前記金属膜の膜厚が１００ｎｍ〜３００ｎｍに調整されている請求項１又は請求項２に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記超音波接合工程は、０．３秒〜０．７秒間超音波振動を付与する請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
透光性絶縁基板と、
透明電極層、光電変換層及び少なくとも外部に面した部分にＡｇで形成された金属膜を有する裏面電極層を含み、前記透光性絶縁基板上に配列された積層体と、
前記配列された積層体の両端の前記裏面電極層の前記金属膜の表面に配置され、少なくとも前記金属膜と接触する部分がＡｌで形成されたバスバーと、
前記金属膜と前記バスバーとを超音波接合した超音波接合部とを備えていることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項６】
前記超音波接合部は複数個の点状の接合部分が並んで形成されている請求項５に記載の薄膜太陽電池。
【請求項７】
前記金属膜の膜厚は、１００ｎｍ〜３００ｎｍである請求項５又は請求項６に記載の薄膜太陽電池。
【請求項８】
前記超音波接合部は、０．３秒〜０．７秒の超音波振動の付与によって接合される請求項５から請求項７のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項９】
請求項５から請求項８のいずれかに記載の薄膜太陽電池を備えた太陽電池モジュールであって、
受光面ガラス基板と、
前記受光面ガラス基板と一定の間隔を開けて配置された裏面ガラス基板と、
前記受光面ガラス基板と前記裏面ガラス基板の間に前記透光性絶縁基板を前記受光面側に向け、前記受光面ガラス基板に沿って配列された複数個の前記薄膜太陽電池と、
前記受光面ガラス基板と前記裏面ガラス基板との間を前記薄膜太陽電池ごと封止する封止層とを備えていることを特徴とする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、薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池に関し、特に受光面と反対側の突出を抑制することができる薄膜太陽電池及びこの薄膜太陽電池を利用した太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境破壊を抑制しつつ電気エネルギを供給する手段として、太陽光のエネルギを電気エネルギに変換（光電変換）する薄膜太陽電池が注目されている。従来の薄膜太陽電池について図面を参照して説明する。図７は従来の薄膜太陽電池の断面図である。図７に示すように薄膜太陽電池Ｂでは、光透過性絶縁基板９１の上に、透明導電層９２、光電変換層９３及び裏面電極層９４が形成されている。
【０００３】
そして、薄膜太陽電池Ｂでは、透明導電層９２、光電変換層９３及び裏面電極層９４を含む積層体９５が、直列又は並列或いは直並列に接続されて（集積されて）いる。このような、薄膜太陽電池Ｂでは、複数個並んで配置された積層体９５が配列されている。そして、配列の一端がｐ型の取出し電極となり、他端がｎ型の取出し電極となる。各取出し電極にはバスバー９６が電気的に接続され、バスバー９６に電気的に接続された引出し電極により、薄膜太陽電池の出力電力は取り出される。
【０００４】
この取出し電極とバスバーとを電気的に接続するために、半田、導電性ペースト、超音波を用いる接続方法が検討されている。中でも、超音波を用いる接続方法は、半田や導電性ペーストといった接続のための材料が不要であるという利点を有するため、有望と考えられている。
【０００５】
超音波を用いたバスバー配線と、裏面電極との接続方法として、超音波溶接法が開示されている（例えば、特開２０１１−８２０３０号公報等参照）。バスバー配線の例として、アルミニウムや銅などの合金材料があげられており、裏面電極として、ＡｇとＡｌの積層膜が挙げられている。裏面電極のバスバー配線と接する膜はＡｌである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８２０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２０１１−８２０３０に開示の方法では、バスバーと裏面電極層のアルミニウム層とは同種の金属であるため、超音波溶接により強固な接続とすることが可能である。しかしながら、裏面電極層を積層膜にする必要があるため、裏面電極層の製造工程が増え、コストと時間がかかるという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、裏面電極層とバスバーとの接合強度を高め、信頼性が高く、製造に要する手間と時間を減らすことができる薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池並びに太陽電池モジュール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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、透光性絶縁基板、透明電極層、光電変換層及び少なくとも外部に面した部分にＡｇで形成された金属膜を有する裏面電極層を含む積層体に少なくとも前記金属膜との接触部分がＡｌで形成されたバスバーが取り付けられた薄膜太陽電池の製造方法であって、前記金属膜及び前記バスバーとの接触部分に荷重及び超音波振動を付与し接合する超音波接合工程を備えていることを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法を提供する。
【００１０】
この構成によると、Ａｇで形成された金属膜と、Ａｌで形成されたバスバーとを超音波接合で接合するので、異種金属の接合であっても十分な接合強度を有する構成とすることができる。また、金属膜とバスバーとの接合に半田ペースト等の部材を必要としないので、裏面のバスバーの突出を抑制することが可能である。さらに、半田ペーストのような流動性のある部材が不要となるため、接合精度を容易にコントロールできる。
【００１１】
上記構成において、前記超音波接合工程が複数個の点状の接合部分で前記金属膜と前記バスバーとを接合してもよい。
【００１２】
この構成によると、前記接合部分に作用させる応力の総和、すなわち、前記金属膜及び（又は）前記バスバーに作用する荷重を減らすことができ、前記金属膜及び（又は）前記バスバーの変形を抑制し、前記金属膜と前記バスバーとの接合を強固なものとすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記積層体は、前記金属膜の膜厚が１００ｎｍ〜３００ｎｍに調整されていてもよい。
【００１４】
この構成によると、前記金属膜の膜厚を１００ｎｍ以上とすることで前記金属膜が裏面電極層としての機能（シート抵抗、反射率）を満たすとともに、膜厚を３００ｎｍ以下とすることで前記金属膜を製膜するときに発生する残留応力を低減することができる。これにより、前記金属膜が十分な機能を備えるとともに前記金属膜と前記バスバーとの剥離を抑制することができる。
【００１５】
上記構成において、前記超音波接合工程が、０．３秒〜０．７秒間超音波振動を付与するようにしてもよい。
【００１６】
前記超音波振動の付与時間を０．３秒以上とすることで、前記金属膜と前記バスバーとの間で十分に金属粒子の拡散を発生させることができる。また、０．７秒以下とすることで、前記金属膜及び（又は）バスバーが破損するのを抑制することができる。
【００１７】
上記目的を達成するために本発明は、透光性絶縁基板と、透明電極層、光電変換層及び少なくとも外部に面した部分にＡｇで形成された金属膜を有する裏面電極層を含み、前記透光性絶縁基板上に配列された積層体と、前記配列された積層体の両端の前記裏面電極層の前記金属膜の表面に配置され、少なくとも前記金属膜と接触する部分がＡｌで形成されたバスバーと、前記金属膜と前記バスバーとを超音波接合した超音波接合部とを備えている薄膜太陽電池を提供する。
【００１８】
この構成によると、Ａｇで形成された金属膜と、Ａｌで形成されたバスバーとを超音波接合で接合するので、異種金属の接合であっても十分な接合強度を有する構成とすることができる。また、金属膜とバスバーとの接合に半田ペースト等の部材を必要としないので、裏面のバスバーの突出を抑制することが可能である。さらに、半田ペーストのような流動性のある部材が不要となるため、接合精度を容易にコントロールできる。
【００１９】
上記構成において、前記超音波接合部は複数個の点状の接合部分が並んで形成されていてもよい。
【００２０】
この構成によると、前記接合部分に作用させる応力の総和、すなわち、前記金属膜及び（又は）前記バスバーに作用する荷重を減らすことができ、前記金属膜及び（又は）前記バスバーの変形を抑制し、前記金属膜と前記バスバーとの接合を強固なものとすることができる。
【００２１】
上記構成において、前記金属膜の膜厚は、１００ｎｍ〜３００ｎｍとすることができる。
【００２２】
この構成によると、前記金属膜の膜厚を１００ｎｍ以上とすることで前記金属膜が裏面電極層としての機能（シート抵抗、反射率）を満たすとともに、膜厚を３００ｎｍ以下とすることで前記金属膜を製膜するときに発生する残留応力を低減することができる。これにより、前記金属膜が十分な機能を備えるとともに前記金属膜と前記バスバーとの剥離を抑制することができる。
【００２３】
上記構成において、前記超音波接合部は、０．３秒〜０．７秒の超音波振動の付与によって接合されるものであってもよい。
【００２４】
前記超音波振動の付与時間を０．３秒以上とすることで、前記金属膜と前記バスバーとの間で十分に金属粒子の拡散を発生させることができる。また、０．７秒以下とすることで、前記金属膜及び（又は）バスバーが破損するのを抑制することができる。
【００２５】
上述の薄膜太陽電池を利用した機器として、受光面ガラス基板と、前記受光面ガラス基板と一定の間隔を開けて配置された裏面ガラス基板と、前記受光面ガラス基板と前記裏面ガラス基板の間に前記透光性絶縁基板を前記受光面側に向け、前記受光面ガラス基板に沿って配列された複数個の前記薄膜太陽電池と、前記受光面ガラス基板と前記裏面ガラス基板との間を前記薄膜太陽電池ごと封止する封止層とを備えている太陽電池モジュールを挙げることができる。
【００２６】
裏面保護部材として裏面ガラス基板を用いた太陽電池モジュールであっても、裏面電極層とバスバーとの接合部に局所的な突出がないため、薄膜太陽電池に負荷がかかることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、裏面電極層とバスバーとの接合強度を高め、信頼性が高く、製造に要する手間と時間を減らすことができる薄膜太陽電池の製造方法及び薄膜太陽電池並びに太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる薄膜太陽電池の一例を電極側から見た図である。
【図２】図１に示す薄膜太陽電池のII-II線矢視断面図である。
【図３】本発明にかかる薄膜太陽電池の製造に用いられる超音波接合装置の一例を示す概略図である。
【図４】図３に示す超音波接合装置のワークの先端部分の概略側面図である。
【図５】本発明にかかる薄膜太陽電池の超音波接合部の形状を示す図である。
【図６】本発明にかかる薄膜太陽電池を用いた太陽電池モジュールの断面図である。
【図７】従来の薄膜太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明にかかる薄膜太陽電池について図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる薄膜太陽電池の一例を電極側から見た図であり、図２は図１に示す薄膜太陽電池のII-II線矢視断面図である。以下において、図２に示す状態の薄膜太陽電池を基準とした上下（上面、下面等）の説明を行うものとする。なお、図２に示す薄膜太陽電池Ａは図示、説明を容易とするため、基板、各層、バスバーを厚く表示しているが、実際には、非常に薄いものである。
【００３０】
図１、図２に示すように、薄膜太陽電池Ａは、透光性絶縁基板１の上面に、透明電極層２、光電変換層３及び裏面電極層４が積層された積層体５を有している。薄膜太陽電池Ａでは、透光性絶縁基板１側から光が入射する構成を有しており、透光性絶縁基板１での光の減衰が少ないことが好ましい。薄膜太陽電池Ａでは、透光性絶縁基板１上で隣り合う透明電極層２は互いに電気的に接触しない。そのため、すべての透明電極層２と接触する透光性絶縁基板１は絶縁体であることが好ましい。これらの条件から、薄膜太陽電池では、透光性絶縁基板がガラスで形成されることが多い。本発明の薄膜太陽電池Ａでは、ガラス製の透光性絶縁基板１を利用している。なお、上述の条件（透光性を有する、絶縁体である）を満たす材料であれば、ガラスに限定されるものではなく、例えば、樹脂製であってもよい。
【００３１】
透明電極層２は、透光性絶縁基板１と接触して配置されており、透光性絶縁基板１側から入射した光を光電変換層３に導くため、透光性を有している。通常、透明電極層２は、ＺｎＯ、ＩＴＯ或いはＳｎＯ２等の光透過性を有する導電性酸化物で形成される。なお、本発明にかかる薄膜太陽電池Ａでは、ＳｎＯ２で形成した透明電極層２を用いている。そして、透明電極層２の上面には、凹凸形状に形成されたテクスチャが形成されている。
【００３２】
光電変換層３は所定の波長の光が照射されることで、起電力が発生する。光電変換層３は、アモルファスシリコン薄膜のｐ層、ｉ層、ｎ層を積層したアモルファスシリコンｐｉｎ層と、微結晶シリコン薄膜のｐ層、ｉ層、ｎ層を積層した微結晶シリコンｐｉｎ層とを重ねた構造を有している。
【００３３】
なお、光電変換層３の構造は、これに限定されるものではなく、アモルファスシリコンｐｉｎ層又は微結晶シリコンｐｉｎ層のいずれか１組で構成されるシングル型の光電変換層でもよく、３組のアモルファスシリコンｐｉｎ層及び（又は）微結晶シリコンｐｉｎ層を備えたトリプル型の光電変換層でもよい。さらに、光電変換層３は、シリコン系にも限定されず、化合物系（ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＣｕＬｎＧａＳｅ２等）の薄膜で形成されていてもよく、色素増感型等の有機系の薄膜で形成されていてもよい。
【００３４】
裏面電極層４はＡｇで形成された金属膜４１と、ＺｎＯで形成された透明導電膜４２とを備えている。裏面電極層４では、光電変換層３側に透明電極膜２が形成されている。Ａｇで形成された金属膜４１は、導電率、反射率、成膜安定性を高める役割を果たしている。そして、ＳｎＯで形成された透明導電膜４２が備えられていることで、光電変換層３と裏面電極層４との密着性が向上するとともに光電変換層３と裏面電極層４との間のコンタクト抵抗を低減する。また、金属膜４１及び透明導電膜４２を含む構成とすることで、光電変換層３からの光の反射率を高めることができる。なお、本発明にかかる薄膜太陽電池Ａでは、金属膜４１と透明導電膜４２とを積層することで形成されている。また、これに限定されるものではなく、金属膜４１とバスバー６とが直接接触する構造であれば、さらに別の膜（層）を積層する構成であってもよい。
【００３５】
積層体５は、透明電極層２と裏面電極層４とで光電変換層３が挟まれた構造となっており、光電変換層３に光が入射することで起電力（電流）が発生する。すなわち、薄膜太陽電池Ａにおいて、各積層体５それ自体が太陽発電セルになっているといえる。そして、裏面電極層４の一方の端部は隣の透明電極層２の上部に到達しており、隣の透明電極層２と電気的に接続している。これにより、積層体５が電気的に直列に接続される。このように、積層体５を直列に接続することで、所望の電圧の電力を出力する。なお、これ以外にも、並列接続や、直並列接続される場合もある。
【００３６】
そして、配列方向の両端に配置された積層体５の裏面電極層４には、発電された起電力を取り出す取出し電極であるバスバー６が取り付けられている。バスバー６はＡｌで形成された棒状の部材であるが、これに限定されず、表面にＡｌの層（膜）が形成されており、金属膜４１と接触する部分がＡｌであれば芯部が別の材料で形成されていてもよい。薄膜太陽電池Ａに取り付けられたバスバー６は一方が正極、他方が負極となり、薄膜太陽電池Ａで発電された電気は、正極側、負極側のそれぞれのバスバー６に接続された引出し電極より外部に取り出される。
【００３７】
本発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法の要部である、裏面電極層４の金属膜４１へのバスバー６の取り付け（超音波接合工程）について説明する。上述したように、金属膜４１はＡｇの薄膜であり、バスバー６はＡｌで形成された棒状の部材である。つまり、金属膜４１とバスバー６との接触面は、異材金属の接触面となっている。そこで、本発明の薄膜太陽電池Ａでは、超音波接合法によって、金属膜４１とバスバー６とを接合している。
【００３８】
図３は本発明にかかる薄膜太陽電池の製造に用いられる超音波接合装置の一例を示す概略図である。図３に示す超音波接合装置Ｓｓは、接合する部材（ここでは、薄膜太陽電池Ａ）が載置される作業台Ｓｔと、バスバー６と直接接触するワークＷｋと、ワークＷｋに荷重及び超音波振動を付与する動作部Ｐｗとを備えている。
【００３９】
裏面電極層４とバスバー６とを超音波接合する場合、作業台Ｓｔの上部に透光性絶縁基板１が下になるように載置する。そして、両端部に配置された積層体５の裏面電極層４の上にバスバー６を配置する。このとき、バスバー６が両端部に配置された裏面電極層４からずれないように保持してもよい。バスバー６の保持は、クランプ等の保持具を用いてもよいし、粘着テープ等の着脱可能な緊結具を用いてもよい。これらに限らず、バスバー６を裏面電極層４の所定の位置に、保持する方法、装置、道具等を広く採用することが可能である。
【００４０】
超音波接合装置Ｓｓでは、ワークＷｋと動作部Ｐｗは一体化されており、ワークＷｋの先端面Ｗｋ１が作業台Ｓｔに沿って２次元移動可能であるとともに、作業台Ｓｔに対して接近離間可能となるように配置されている。なお、ワークＷｋは着脱可能なものであり、超音波接合する部材（ここでは、バスバー６）の大きさによって、先端面Ｗｋ１の大きさを適切なものに交換可能となっている。
【００４１】
以下に、超音波接合工程について詳しく説明する。図３に示すように、ワークＷｋの先端がバスバー６の裏面電極層４とバスバー６との接合する部（超音波接合部Ｌｐと称する）の表面と接触される。ワークＷｋの先端面Ｗｋ１は動作部Ｐｗによって、バスバー６を押圧力Ｐ１で押圧している。この押圧力Ｐ１の作用方向は、金属膜４１とバスバー６の接合面（ここでは、それぞれの部材の上面と同じ）に対して垂直である。図３に示す超音波接合装置Ｓｓでは、ワークＷｋ自体が超音波接合部Ｌｐの接合面に垂直となっているが、ワークＷｋの先端面Ｗｋ１がバスバー６の上面に接触し、その押圧方向が、超音波接合部Ｌｐの接合面に対して垂直となるものであれば、超音波接合装置Ｓｓの構成に限定されない。
【００４２】
超音波接合装置Ｓｓは、バスバー６の上面にワークＷｋの先端面Ｗｋ１で押圧している状態で、動作部ＰｗからワークＷｋに超音波振動が付与される。この超音波振動の振幅（振動方向）は、金属膜４１とバスバー６との接合面に沿う方向である。ワークＷｋは、先端面Ｗｋ１でバスバー６を押圧するとともにワークＷｋに超音波振動を付与することで、ワークＷｋの押圧面Ｗｋ１から超音波振動が伝播し、金属膜４１とバスバー６との界面のワークＷｋの先端面Ｗｋ１の上下方向に重なる部分で金属が拡散し、金属膜４１とバスバー６とが接合される。
【００４３】
次に、ワークＷｋの先端面について説明する。図４は図３に示す超音波接合装置のワークの先端部分の概略側面図である。図４に示すように、ワークＷｋの先端面Ｗｋ１は正方形状を有しており、先端面Ｗｋ１よりさらに突出した凸部Ｗｋ１１を９個備えている。そして、凸部Ｗｋ１１は先端面Ｗｋ１の上下左右に等間隔を有するように、２次元配列されている。なお、ワークＷｋの凸部Ｗｋ１１の端面形状は正方形状である。
【００４４】
なお、凸部Ｗｋ１１の個数は９個に限定されるものではなく、先端形状も正方形状に限定されない。例えば、凸部Ｗｋ１１の個数は、１６個や２５個等の平方数であってもよい。また、凸部Ｗｋ１１の配列が矩形以外の形状であってもよい。
【００４５】
このようなワークＷｋを利用して裏面電極層４の表面にバスバー６を超音波接合したときの超音波接合部Ｌｐについて図面を参照して説明する。図５は本発明にかかる薄膜太陽電池の超音波接合部の形状を示す図である。
【００４６】
超音波接合装置Ｓｓでは、ワークＷｋの先端面Ｗｋ１は、バスバー６の上面に接触しバスバー６の上面から押圧している。この押圧による力はバスバー６を通過し金属膜４１とバスバー６との接触面に到達する。また、金属膜４１とバスバー６との接触面の押圧力が作用している部分は、ワークＷｋを介して伝達された超音波振動によって摩擦力が作用する。
【００４７】
このような方法で超音波接合が行われるので、超音波接合部Ｌｐにおける、金属膜４１とバスバー６との接合部分Ｌｐ１は、ワークＷｋの凸部Ｗｋ１１と対応する部分となる。なお、金属膜４１とバスバー６との超音波接合部Ｌｐは、バスバー６をしっかり固定できるように、１本のバスバー６に対して複数個所設けられていることが好ましい（図１に示す薄膜太陽電池Ａでは、３か所としている）。
【００４８】
このように、接合部分Ｌｐ１が多数の点で形成されることで、超音波接合部Ｌｐに対する接合部分Ｌｐ１の総面積を小さくすることが可能である。そのため、接合部分Ｌｐ１に超音波接合に必要な応力が作用するようにワークＷｋから押圧力Ｐ１で荷重した場合、ワークＷｋの先端面Ｗｋ１全体で荷重する場合に比べて押圧力Ｐ１を小さくすることが可能である。
【００４９】
このように、押圧力Ｐ１を減らすことで、ワークＷｋからの押圧力Ｐ１によって、裏面電極層４（金属膜４１、透明導電膜４２）、光電変換層３、透明電極層２がつぶれてしまうのを抑制することができる。
【００５０】
上述の薄膜太陽電池を用いた太陽電池モジュールについて図面を参照して説明する。図６は本発明にかかる薄膜太陽電池を用いた太陽電池モジュールの断面図である。図６に示すように、太陽電池モジュールＳｐは、薄膜太陽電池Ａと、封止部Ｆｐと、裏面保護部材である、裏面ガラス基板Ｇｒを備えている。
【００５１】
図６に示すように、裏面ガラス基板Ｇｒは、薄膜太陽電池Ａの裏面に裏面ガラス基板Ｇｒは透光性絶縁基板１と一定の間隙をあけ、バスバー６と接触しないように配置されている。そして、透光性絶縁基板１と裏面ガラス基板Ｇｒとの隙間は、ＥＶＡ等の透光性を有する樹脂を含む封止部Ｆｐで封止されている。バスバー６には、不図示の電極が取り付けられており、この電極を介して発電された電気が外部に取り出されるようになっている。そして、太陽電池モジュールＳｐは、透光性絶縁基板１側から太陽光（発電に要する波長の光）が入射するよう屋根等の被取付体に取り付けられる。
【００５２】
太陽電池モジュールＳｐにおいて、薄膜太陽電池Ａは透光性絶縁基板１及び裏面ガラス基板Ｇｒからはみ出ることなく配置されているので、封止部Ｆｐで透光性絶縁基板１と裏面ガラス基板Ｇｒとを封止することで、薄膜太陽電池Ａへの水やほこり等の異物の混入を抑制することが可能である。また、封止部Ｆｐは、緩衝材の役割も果たしている。
【００５３】
薄膜太陽電池Ａのバスバー６を裏面電極層４に半田付けで取り付けた場合、半田の分、接合部が厚くなる。これに対し、本発明の薄膜太陽電池Ａでは、超音波接合で取り付けるため、裏面電極層４とバスバー６との接合部の局所的な突出が抑えられる。また、局所的な突出が抑えられているため、バスバー６と裏面ガラス基板Ｇｒとの接触が抑制される。このことから、薄膜太陽電池Ａの裏面と裏面ガラス基板Ｇｒとの隙間を小さくしても、バスバー６と裏面ガラス基板Ｇｒとの接触を抑制し、薄膜太陽電池Ａに負荷が作用することを抑制できる。
【００５４】
裏面電極層４とバスバー６との接合部の局所的な突出を抑えることによる効果は、裏面ガラス基板Ｇｒのような硬い裏面保護部材を用いた場合、より顕著である。その理由は以下のとおりである。
【００５５】
例えば、フィルム等の柔軟性を有する裏面保護部材を用いた場合、裏面電極層４とバスバー６との接合部に局所的な突出があっても、裏面保護部材自体が曲がることで、薄型太陽電池Ａへの負荷を低減することが可能である。一方、裏面ガラス基板Ｇｒ等の硬い裏面保護部材を用いている場合、裏面保護部材がほとんど曲がらないため、局所的な突出を抑えることで、突出部分と裏面保護部材との接触を抑制し、薄膜太陽電池Ａに負荷が作用するのを抑制する効果が高くなる。なお、柔軟性を有する裏面保護部材を用いる場合であっても、その曲り量（変形量）には限界があるので、局所的な突出が抑えられている方が薄膜太陽電池Ａに負荷が作用するのを抑制できる。
【００５６】
そして、薄膜太陽電池Ａの裏面と裏面ガラス基板Ｇｒとの隙間を小さく形成することで、封止部Ｆｐの厚さを小さくすることが可能となり、太陽電池モジュールＳｐの薄型化、軽量化及びコストダウンを達成することができる。
【実施例】
【００５７】
本発明にかかる薄膜太陽電池を実際に作成し、機械的又は電気的な性質について調査を行った。まず、調査を行った試料について説明する。透光性絶縁基板１としてガラス基板（１０００ｍｍ×１４００ｍｍ×３．２ｍｍ）の表面に透明電極層２として、熱ＣＶＤ法でＳｎＯ２の薄膜を成膜した。なお、ＳｎＯ２の膜厚は約１μｍである。なお、透明電極層２の表面には、凹凸ギャップが約３００〜約５００ｎｍのテクスチャが形成されている。なお、テクスチャは熱ＣＶＤでＳｎＯ2の成膜を行う際に、成膜条件を調整することで形成している。
【００５８】
次に、ＹＡＧレーザ光の基本波を用い、透明電極層２が短冊状に分離されるようにパターニングを行った。なお、ＹＶＯ4レーザの基本波を用いてもよい。この後、基板を純水で洗浄し、プラズマＣＶＤ法により光電変換層３の成膜を行った。光電変換層３は、ｐ型アモルファスシリコン、ｉ型アモルファスシリコン、ｎ型アモルファスシリコン、ｐ型微結晶シリコン、ｉ型微結晶シリコン及びｎ型微結晶シリコンが順に積層された構造を有しており、これらの厚みの合計は約２μｍである。
【００５９】
次に、光電変換層３をレーザによりパターニングした。このパターニングにより形成される溝は、透明電極層２のパターニングにより形成された溝と平行であるとともに、透光性絶縁基板１の平面に沿った方向にずれている。すなわち、光電変換層３のパターニングは、透明電極層２の上部で行われる。レーザ照射による透明電極層２へのダメージを抑制するため、透明電極層２での透過性の良好なＹＡＧレーザ光の第２高調波を使用している。また、ＹＶＯ4レーザ光の第２高調波を用いてもよい。
【００６０】
そして、マグネトロンスパッタ法によって、透明電極膜４２としてＺｎＯ、さらに、その上から金属膜４１としてＡｇをそれぞれ成膜し裏面電極層４を形成する。そして、光電変換層３と同様、ＹＡＧレーザ光の第２高調波、ＹＶＯ4レーザ光の第２高調波等、透明電極層２へのダメージを抑制することのできるレーザを用いてパターニングしている。以上のようにして、透光性絶縁基板１の上面に、一方向に配列された積層体５が形成される。なお、裏面金属層４の金属膜４１は、以下の実施例で異なる層厚のものを用いる場合もあるので、その都度説明する。
【００６１】
そして、この配列された積層体５のうち、両端の積層体５の金属膜４１の上面にＡｌで形成されたバスバー６を載置し、予め決められた部分を超音波接合法にて、裏面電極層４とバスバー６とを接合する。なお、以下の実施例において、超音波接合における、荷重（押圧力）、振幅、時間等を変化させており、その都度説明する。
【００６２】
（実施例１）
実施例１は、裏面電極層４の金属膜４１の層厚の変化による、金属膜４１とバスバー６との接合部の機械的な強度と電気的な接続について検討した。実施例１では、試料として、金属膜４１の膜厚が１００ｎｍから５００ｎｍの間、５０ｎｍ刻みで異なる薄膜太陽電池をそれぞれ２０個準備した。なお、各試料において、金属膜４１とバスバー６との接合はすべて同じ条件（振幅２．５μｍ、荷重５０Ｎ、接着時間０．５ｓ）で行った。なお、薄膜太陽電池Ａにおいて、透明電極層２の表面（透光性絶縁基板１と反対側の面）には、テクスチャが形成されている。この凹凸のギャップは、透明電極層２の上面に光電変換層３、透明電極膜４２が形成された後も表面に現れる。この凹凸のギャップを考慮して、薄膜太陽電池Ａの裏面電極層４の金属膜４１としての機能（シート抵抗、反射率）を満たすためには、１００ｎｍ以上の厚さが必要である。そのため、実施例１の試料における金属膜４１の膜厚は１００ｎｍ以上としている。
【００６３】
実施した引っ張り試験は以下のとおりである。引張り速度は２００ｍｍ／ｍｉｎであり、試験幅は２ｍｍとした。これらの試料に対し、金属膜４１とバスバー６とが離れる方向（１８０°方向）に約９．８Ｎの力を作用（１０秒間）させ、その後、２０個の試料に対し、金属膜４１とバスバー６との超音波接合部Ｌｐの剥離の有無について確認した。実施例１の結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2013225614.tif 000003
【００６５】
表１に示すように、金属膜４１の膜厚が３５０ｎｍの試料では、２０個中１個の試料で剥離が確認された。そして、金属膜４１の膜厚が厚くなるほど、剥離が発生した試料の数が増えている。これは、金属膜４１の成膜方法によるものであると推測される。すなわち、金属膜４１をスパッタリング法で成膜する場合、金属膜４１の内部に残留応力が発生することが知られている。膜厚を厚くすると、残留応力が大きくなり、この残留応力によって、超音波接合部Ｌｐの接合強度が低下しているものと考えられる。このことより、金属膜４１の膜厚は、１００ｎｍ〜３００ｎｍが良いと考えられる。
【００６６】
また、金属膜４１とバスバー６との電気抵抗を低減することで、バスバー６から取り出される電力のロスを減らすことが可能である。そこで、金属膜４１とバスバー６との間の抵抗値の測定を行った。実際には、市販のテスター（ＳＩＧＮＥＴ社製  シグネットデジタルテスター４６５８０）に備えられている抵抗値の測定機能を利用し、各試料について金属膜４１とバスバー６との間の抵抗値を測定し、金属膜４１の膜厚ごとに５箇所測定しその平均値を算出した。結果は、表１に示すとおりである。
【００６７】
表１に示すように、金属膜４１の膜厚が１００ｎｍ〜２００ｎｍの薄膜太陽電池では、金属膜４１とバスバー６との間の抵抗が０．６Ωであった。金属膜４１の膜厚が２５０ｎｍ、３００ｎｍの薄膜太陽電池では、抵抗が０．７Ωに上がっている。さらに金属膜４１の膜厚が厚くなるほど抵抗値が上昇している。これは、金属膜４１の膜厚が２５０ｎｍ、３００ｎｍの薄膜太陽電池の金属膜４１とバスバー６とを接合した超音波接合部Ｌｐでは、剥離が発生しないまでも、分離している部分があり抵抗が大きくなっていると考えられる（分離の理由は上述のとおりである）。
【００６８】
以上のことより、本発明の薄膜太陽電池Ａにおいて、金属膜４１の膜厚は１００ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましく、なかでも、２００ｎｍ以下がより好ましいことがわかる。
【００６９】
（実施例２）
次に、超音波接合時の接合時間を変えたときの接合部の引っ張り強度について検討を行った。金属膜４１の膜厚は２００ｎｍであり、ワークＷｋからバスバー６に負荷される荷重を５０Ｎ、負荷される超音波の振幅を２．５μｍとしている。そして、接合時間を０．１秒〜１．０秒までの０．１秒刻みで変更して金属膜４１とバスバー６とを接合した試料をそれぞれ２０個ずつ作製した。
【００７０】
実施した引っ張り試験は以下のとおりである。これらの試料に対し、金属膜４１とバスバー６とが離れる方向に約９．８Ｎの力を作用（１０秒間）させ、その後、２０個の試料に対し、金属膜４１とバスバー６との超音波接合部Ｌｐの剥離の有無について確認した。実施例２の結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
2013225614.tif 000004
【００７２】
表２に示すように、接合時間が０．１秒、０．２秒の試料では、それぞれ２０個中４個の試料において、金属膜４１とバスバー６との間に剥離が確認された。また、接合時間が０．８秒、０．９秒の試料では、それぞれ２０個中３個の試料において、金属膜４１とバスバー６との間に剥離が確認された。さらに、接合時間が１．０秒の試料では、２０個の試料中７個の試料で剥離が確認された。また、残りの接合時間の試料では、剥離が確認されなかった。
【００７３】
接合時間が０．３秒以下だと、超音波接合部Ｌｐに超音波振動による摩擦が十分ではなく、超音波接合部Ｌｐの超音波接合部分Ｌｐ１すべてが接合されていないと願が得られる。つまり、接合が不十分な箇所が存在するため、バスバー６にかかる応力が不均一になり、バスバー６が変形しているものと考えられる。そして、バスバー６が変形していることで、超音波接合部Ｌｐに不要な応力が作用し、金属膜４１とバスバー６とが剥離しやすくなっているものと考えられる。
【００７４】
また、接合時間が０．８秒以上だと超音波接合部Ｌｐに荷重及び超音波振動によって、金属膜４１が押し潰され、裏面電極層４の変形が引き起こされていると考えられる。金属膜４１が変形していることで、超音波接合部Ｌｐに不要な応力が作用した状態となっており、金属膜４１とバスバー６とが剥離しやすくなったと考えられる。
【００７５】
以上のことより、本発明の薄膜太陽電池において、超音波接合時の接合時間は、０．３秒〜０．７秒であることが好ましい。
【００７６】
（実施例３）
次に、超音波接合時のワークＷｋからバスバー６に付与する荷重を変えたときの接合部の引っ張り強度について検討を行った。金属膜４１の層厚は３００ｎｍであり、ワークＷｋからバスバー６に負荷される超音波の振幅を２．５μｍ、接合時間を０．５秒としている。そして、接合時にかける荷重を２０Ｎから８０Ｎまで１０Ｎ刻みで変更して金属膜４１とバスバー６とを接合した試料をそれぞれ２０個ずつ作製した。
【００７７】
実施した引っ張り試験は以下のとおりである。これらの試料に対し、金属膜４１とバスバー６とが離れる方向に約９．８Ｎの力を作用（１０秒間）させ、その後、２０個の試料に対し、金属膜４１とバスバー６との超音波接合部Ｌｐの剥離の有無について確認した。実施例３の結果を表３に示す。
【００７８】
【表３】
2013225614.tif 000005
【００７９】
表３に示すように、荷重が２０Ｎの試料では２０個中４個、荷重が３０Ｎの試料では２０個中２この試料において、金属膜４１とバスバー６との間に剥離が確認された。また、荷重が８０Ｎの試料では、２０個中２個の試料において、金属膜４１とバスバー６との間に剥離が確認された。また、残りの荷重の試料では、剥離が確認されなかった。
【００８０】
荷重が小さいと、超音波接合時にバスバー６を金属膜４１にしっかり押し付けることができず、超音波接合部Ｌｐでの金属の拡散が十分に発生せず、接合が不十分になったものと考えられる。また、荷重が大きいと、接合のとき、金属膜４１及び（又は）バスバー６が変形し、超音波接合部Ｌｐに余分な力が作用した状態となり、接着強度が低下したと考えられる。
【００８１】
以上のことより、超音波接合時のワークＷｋからバスバー６に付与する荷重は、４０Ｎ〜７０Ｎであることが好ましい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、安定した光電変換効率を有する薄膜太陽電池及びこの薄膜太陽電池の製造方法に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  透光性絶縁基板
２  透明電極層
３  光電変換層
４  裏面電極層
５  積層体
６  バスバー
【図１】
2013225614.tif 000006
【図２】
2013225614.tif 000007
【図３】
2013225614.tif 000008
【図４】
2013225614.tif 000009
【図５】
2013225614.tif 000010
【図６】
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【図７】
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