(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電極である下電極層，光電変換層，透明電極層を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池を有し、この太陽電池を電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設け、この保護層は太陽電池の側方に延長して非発電領域を形成してなり、この非発電領域に配設した正負２極の主配線と前記接続電極層とを電気的に接続して電力を外部に取り出すように構成し、前記基板の裏面に形成した接続電極層を前記非発電領域まで延長して形成し、この接続電極層の延長部分と主配線とを電気的に接続してなる太陽電池モジュールにおいて、
前記接続電極層の延長部分と主配線とは、主配線上の複数箇所であって接続電極層の延長部分に形成されたスルーホールへの導電性ペーストまたは半田の充填溶着により接続してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
請求項１記載のものにおいて、前記保護層は少なくとも、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの有機材料の接着材からなる保護層と、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），シクロオレフィンポリマー（ＣＰＥ）などの防湿フィルムからなる保護層を備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載のものにおいて、前記主配線は、銅テープ，錫メッキ銅テープ，半田メッキ銅テープの内のいずれかであ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可撓性基板を用いた薄膜太陽電池を有する太陽電池モジュール、特にその電力取り出し用の配線の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、環境保護の立場から、クリーンなエネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害であることから注目を集めている。
【０００３】
薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般住宅用にも需要が広がってきている。
【０００４】
従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いていたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムおよび金属フィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発がすすめられている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。
【０００５】
上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電気絶縁性フィルム基板上に第１電極（以下、下電極ともいう）、薄膜半導体層からなる光電変換層および第２電極（以下、透明電極ともいう）が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接続される。
【０００６】
このような光電変換素子とその直列接続は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。パターニングとしては、レーザパターニングやリフトオフパターニングが用いられる。少数の光電変換素子を直列接続した薄膜太陽電池の構成および製造方法の概要につき、以下に説明する（特開平１０−２３３５１７号公報参照）。
【０００７】
図９は、上記特許出願明細書に記載された薄膜太陽電池の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）における線ＡＢＣＤおよびＢＱＣに沿っての断面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＥＥ断面図を示す。
【０００８】
電気絶縁性でフレキシブルな樹脂からなる長尺のフィルム基板上に、順次、第１電極層、光電変換層、第２電極層が積層され、フィルム基板の反対側（裏面）には第３電極層、第４電極層が積層され、裏面電極が形成されている。光電変換層は例えばアモルファスシリコンのpin接合である。フィルム基板用材料としては、例えば、ポリイミドのフィルムが用いられている。
【０００９】
次に、製造工程の概要につき以下に説明する。
【００１０】
先ず、フィルム基板にパンチを用いて、接続孔ｈ１を開け、基板の片側（表側とする）に第１電極層として、スパッタにより銀を成膜し、これと反対の面（裏側とする）には、第３電極層として、同じく銀電極を成膜する。接続孔ｈ１の内壁で第１電極層と第３電極層とは重なり、導通する。
【００１１】
成膜後、表側では、第１電極層を所定の形状にレーザ加工して、下電極ｌ１〜ｌ６をパターニングする。下電極ｌ１〜ｌ６の隣接部は一本の分離線ｇ２を、二列の直列接続の光電変換素子間および周縁導電部ｆとの分離のためには二本の分離線ｇ２を形成し、下電極ｌ１〜ｌ６は分離線により囲まれるようにする。再度パンチを用いて、集電孔ｈ２を開けた後、表側に、光電変換層ｐとしてa-Si層をプラズマＣＶＤにより成膜する。マスクを用いて幅Ｗ２の成膜とし、レーザ加工により二列素子の間だけに第１電極層と同じ分離線を形成する。
【００１２】
さらに第２電極層として表側に透明電極層（ＩＴＯ層）を成膜する。但し、二つの素子列の間とこれに平行な基板の両側端部にはマスクを掛け接続孔ｈ１には成膜しないようにし、素子部のみに成膜する。次いで裏面全面に第４電極層として銀電極を成膜する。第４電極の成膜により、集電孔ｈ２の内壁で第２電極と第４電極とが重なり、導通する。表側では、レーザ加工により下電極と同じパターンの分離線を入れ、個別の第２電極ｕ１〜ｕ６を形成し、裏側では第３電極と第４電極とを同時にレーザ加工し、接続電極ｅ１２〜ｅ５６、および電力取り出し電極ｏ１，ｏ２を個別化し、基板の周縁部では表側の分離線ｇ３と重なるように分離線ｇ２を形成し、隣接電極間には一本の分離線を形成する。
【００１３】
全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ３がある。分離線ｇ３の中にはどの層も無い。裏側では、全ての電極を一括して囲う周縁、および二列の直列接続電極の隣接する境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ２がある。分離線ｇ２の中にはどの層も無い。
【００１４】
こうして、電力取り出し電極ｏ１−集電孔ｈ２−上電極ｕ１、光電変換層、下電極ｌ１−接続孔ｈ１−接続電極ｅ１２−上電極ｕ２、光電変換層、下電極ｌ２−接続電極ｅ２３−・・・−上電極ｕ６、光電変換層、下電極ｌ６−接続孔ｈ１−電力取出し電極ｏ２の順の光電変換素子の直列接続が完成する。
【００１５】
なお、第３電極層と第４電極層は電気的には同一の電位であるので、以下の説明においては説明の便宜上、併せて一層の接続電極層として扱うこともある。
【００１６】
図１０は、可撓性薄膜太陽電池の構成を簡略化した斜視図を示す。基板６１の表面に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極層６３はそれぞれ複数の単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。このため、素子６２のアモルファス半導体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６７（ｈ２）を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８（ｈ１）を介して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われている。
【００１７】
上記のような太陽電池は、電力取出し用の配線を含む太陽電池モジュールとして構成されるが、このモジュールは屋外に設置されるため、電力取出し用の配線と一体化してエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）で封止し、さらにエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）やシクロオレフィンポリマー（ＣＰＥ）などの防湿フィルム等の保護シートにより封止される。電力取出し用の配線は、モジュール外部と接続するための主配線と、主配線と一つまたは複数の太陽電池セルとを接続するための従配線とから構成されている。太陽電池セルは受光面と反対側の裏面電極から電力を取出すように構成されているため、従配線はこの裏面電極と接続される。
【００１８】
図７は従来のフレキシブルタイプの太陽電池モジュールの一例の構成を示す平面図であり、図８は図７のＹ１−Ｙ１線に沿う断面図である。また、図６は、この発明の説明の便宜上、図７および図８の要部を簡略化して示した図である。
【００１９】
図７および図８に示す太陽電池モジュール４０では、複数の太陽電池素子４１が１方向に並べられている。太陽電池素子の個数や配置は、太陽電池モジュールの要求仕様により様々である。各太陽電池素子４１の両側には、主配線４２，４３が互いに平行となるように配置されている。各太陽電池素子４１の両電極は、それぞれ従配線としての導電性粘着テープ４１ａ，４１ｂを介して主配線４２，４３と接続されている。
【００２０】
これら太陽電池素子４１，導電性粘着テープ４１ａ，４１ｂ、および電極用配線４２，４３は、ＥＶＡなどの熱融着性プラスチック材である充填材４４によって封止されている。具体的には、下側の充填材シート４４１の上に太陽電池素子４１，従配線としての導電性粘着テープ４１ａ，４１ｂ、および主配線４２，４３を配置し、その上から上側の充填材シート４４２を載置し、熱融着することにより一体形成されている。また、充填材４４の上面および下面には、耐候性フィルムとして、ＥＴＦＥなどのフッ素系フィルム材を用いた表面保護材４５，４６が設けられている。
【００２１】
さらに、太陽電池モジュール４１には、主配線４２，４３の各一端部と接続される電力取り出し用の端子部４７，４８が設けられている。これら端子部４７，４８は、図示されていない電力ケーブルと接続され、各太陽電池素子４１で発電された電力を取り出し、屋内に設置された電力変換器に送出する。
【００２２】
簡略化された図６においては、複数の太陽電池素子を含む太陽電池３１と、発電領域（ハッチング部）３０の外の非発電領域に配設された主配線４２と、従配線４１ａ，４１ｂと、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に設けた保護層３３のみが、概念的に示される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の太陽電池モジュールにおいては、上記のとおり、太陽電池素子の電極に相当する裏面電極に、従配線となる導電性テープを貼付け、そのテープを延長した他方の側を主配線に貼付けて電力取出し用配線を構成している。裏面電極と従配線との接続を、半田付けで行った場合には、接続部の信頼性は、導電性テープを用いる場合より優れているが、この場合には、半田付けによる熱的および機械的ストレスにより、接続面の裏側の薄膜光電変換層が損傷を受けるので、上記のように、導電性テープを貼付ける方法が採用されている。
【００２４】
しかしながら、導電性テープを用いる方法の場合、下記のような問題があった。この方法は接触面積が限られるため、半田付けと比較して電気的接触部としての信頼性が低い問題がある。また、フレキシブルにするために薄い導電性テープを使う必要性があるが、テープ自体が、熱的，機械的ストレスに弱い問題がある。さらに、製造上のハンドリングが難しいため自動化が困難である問題があった。さらにまた外観上の問題として、配線がＥＶＡやＥＴＦＥを通して見えてしまうためこれを隠すための処理・工程が必要となる等いくつかの問題があった。
【００２５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の課題は、配線の構造を単純化して、電気接続部としての信頼性が電気的にも機械的にも高く、かつ製造上のハンドリングが容易な太陽電池モジュールを提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明は、電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電極である下電極層，光電変換層，透明電極層を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池を有し、この太陽電池を電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設け、この保護層は太陽電池の側方に延長して非発電領域を形成してなり、この非発電領域に配設した正負２極の主配線と前記接続電極層とを電気的に接続して電力を外部に取り出すように構成し、前記基板の裏面に形成した接続電極層を前記非発電領域まで延長して形成し、この接続電極層の延長部分と主配線とを電気的に接続してなる太陽電池モジュールにおいて、
前記接続電極層の延長部分と主配線とは、主配線上の複数箇所であって接続電極層の延長部分に形成されたスルーホールへの導電性ペーストまたは半田の充填溶着により接続してなるものとする（請求項１）。
【００２７】
前記接続電極層（裏面電極）の延長部分は電極用金属がフィルム基板面全体に積層され、必要に応じて、太陽電池素子のパターンニングと同様にレーザーパターンニングやリフトオフパターンニングによって、導電部と非導電部とを形成する。この裏面電極は、一部は太陽電池素子とフィルム基板を介して対置しているが、他の大部分は太陽電池素子と対置しないフリーな面となっている。この面に半田付けや圧着等の熱的、機械的ストレスを加えても太陽電池素子にダメージを与えることはない。したがって配線のための接続が容易でかつ信頼性が向上する。また、接続電極層の延長部分に形成されたスルーホールへの導電性ペーストまたは半田の充填溶着により接続することにより、電気接続部としての信頼性が電気的にも機械的にも高く、かつ製造上のハンドリングが容易となる。
【００２８】
また、上記のものにおいて、前記保護層は少なくとも、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの有機材料の接着材からなる保護層と、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），シクロオレフィンポリマー（ＣＰＥ）などの防湿フィルムからなる保護層を備えたものとする（請求項２）。これにより、電気的接続部分が機械的，電気的に保護され、耐候性にも優れた太陽電池モジュールが構成できる。
【００２９】
さらに、前記主配線は、銅テープ，錫メッキ銅テープ，半田メッキ銅テープの内のいずれかを用いるものとする（請求項３）。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について以下に述べる。
【００３１】
図１は本発明の実施例に関し、図６と同様に、複数の太陽電池素子６０ａを含む太陽電池３１と、発電領域（ハッチング部）の外の非発電領域に配設された主配線４２と、接続電極層の延長部分５０と、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に設けた保護層３３のみを示す。この実施例においては、複数の太陽電池素子６０ａは、主配線４２と並行に配置され、例えば図の右側を正極とし左側を負極として直列接続が構成されている。
【００３２】
図３は、図１における主配線４２と接続電極層の延長部分５０との電気的接続の実施形態の一例を示すもので、両者は、主配線４２の長手方向に複数介在させた導電性接着剤４９を介して接続される。導電性接着剤４９は、主配線４２の長手方向全域にわたって介在させてもよいが、部分的に介在させる方が作業性がよい。主配線には、銅テープ，錫メッキ銅テープ，または半田メッキ銅テープが用いられる。上記導電性接着剤に代えて、導電性ペーストまたは導電性両面粘着テープを用いることもできる。
【００３３】
図２は、図１とは異なる太陽電池モジュールの実施例を示す。図１と異なる点は、複数の太陽電池素子６０ｂが主配線４２と直角に配置されていることと、接続電極層の延長部分５０ａに、非導電部５０ｃのパターニングが行われている点である。太陽電池の直列接続は、接続電極層の延長部分５０ａにおける右下部５１ａから始まり、右下部の太陽電池素子から右上部の太陽電池素子にむけて直列接続され、その後、すぐ左側の上部太陽電池素子に移行して下方素子に直列接続され、順次上下をくりかえして、最終的に左下部の太陽電池素子を経て左側の接続電極層の延長部分における左下部５１ｂに接続されるように構成されている。
【００３４】
図４に、図２における接続電極層の延長部分５０ａの拡大図を示す。図２の実施例においては、図４に示すように、主配線上の複数箇所であって接続電極層の延長部分に形成されたスルーホール５２に対し、図５に示すように、導電性ペーストまたは半田５３を充填溶着することにより、接続電極層の延長部分５０ａと主配線とが接続される。これにより、電気的にも機械的にも、信頼性の高い接続が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電極である下電極層，光電変換層，透明電極層を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池を有し、この太陽電池を電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設け、この保護層は太陽電池の側方に延長して非発電領域を形成してなり、この非発電領域に配設した正負２極の主配線と前記接続電極層とを電気的に接続して電力を外部に取り出すように構成し、前記基板の裏面に形成した接続電極層を前記非発電領域まで延長して形成し、この接続電極層の延長部分と主配線とを電気的に接続してなる太陽電池モジュールにおいて、前記接続電極層の延長部分と主配線とは、主配線上の複数箇所であって接続電極層の延長部分に形成されたスルーホールへの導電性ペーストまたは半田の充填溶着により接続してなるものとしたことにより、配線の構造が単純化され、電気接続部としての信頼性が電気的にも機械的にも高く、かつ製造上のハンドリングが容易な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】
【図１】本発明の実施例の太陽電池モジュールの要部概略構成図
【図２】本発明の異なる実施例の太陽電池モジュールの要部概略構成図
【図３】導電接着剤による接続構成図
【図４】スルーホールによる接続構成図
【図５】スルーホール部の拡大図
【図６】従来の太陽電池モジュールの要部概略構成図
【図７】従来の太陽電池モジュールの一例の概略構成図
【図８】図７のＹ１−Ｙ１線に沿う断面図
【図９】薄膜太陽電池の構成の一例を示す図
【図１０】薄膜太陽電池の斜視図
【符号の説明】
３０：発電領域、３１：太陽電池、３３：保護層、４２：主配線、４９：導電性接着剤、５０，５０ａ：接続電極層の延長部分、５０ｃ：非導電部、５２：スルーホール、５３：導電性ペーストまたは半田、６０ａ，６０ｂ：太陽電池素子。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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