(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層，光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に接続して直列接続の太陽電池を形成する工程と、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む薄膜太陽電池の製造方法において、
前記光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程は、ステッピングロール方式薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する工程とし、前記太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程のタクトタイムと、前記ステッピングロール方式薄膜形成装置により太陽電池を形成する工程のタクトタイムとが略同一となるように、光照射強度と照射時間等の光劣化処理条件を選定して光劣化処理を行うことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電極層，光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に接続して直列接続の太陽電池を形成する工程と、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む太陽電池の製造方法に使用する薄膜太陽電池の光劣化効率安定化処理装置であって、薄膜太陽電池の巻出し用ロールと、巻取り用ロールと、薄膜太陽電池に所定の張力をかけるための搬送手段と、光劣化処理用の光照射手段と、薄膜太陽電池の冷却手段とを備えたことを特徴とする薄膜太陽電池の光劣化効率安定化処理装置。
【請求項３】
電気絶縁性可撓性基板に直列接続孔を形成する工程と、この基板の表面および裏面に第１電極層および第３電極層を形成する工程と、基板に集電孔を形成する工程と、第１電極層の表面上に光電変換層と透明電極層（第２電極層）を形成し，第３電極層の表面上に第４電極層を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に接続して直列接続の太陽電池を形成する工程と、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む薄膜太陽電池の製造方法に使用する薄膜太陽電池の光劣化効率安定化処理装置であって、薄膜太陽電池の巻出し用ロールと、巻取り用ロールと、薄膜太陽電池に所定の張力をかけるための搬送手段と、光劣化処理用の光照射手段と、薄膜太陽電池の冷却手段とを備えたことを特徴とする薄膜太陽電池の光劣化効率安定化処理装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の光劣化効率安定化処理装置であって、光劣化効率安定化処理の後、引き続いて、太陽電池セルの特性検査ができるように装置を構成し、かつ薄膜太陽電池の巻出し用ロールと、巻取り用ロールと、薄膜太陽電池に所定の張力をかけるための搬送手段とを、光劣化効率安定化処理工程と特性検査工程とで兼用するように構成したことを特徴とする薄膜太陽電池の光劣化効率安定化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜太陽電池の製造方法と同方法に使用する処理装置に関する。
【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または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】
両方式共に、複数のロールによる基板搬送手段を備え、前者は各成膜室内を連続的に移動する基板上に連続的に成膜する方式であり、後者は各成膜室内で同時に停止させた基板上に成膜し，成膜の終わった基板部分を次の成膜室へ送り出す方式を採用している。
【０００６】
ステッピングロール方式の成膜装置は、隣接する成膜室間のガス相互拡散を防止できることから各薄膜の特性が安定して得られるなどの点で優れており、その装置の構成は、例えば、特開平6-292349号公報や特開平8-250431号公報に記載されている。
【０００７】
ところで、上記薄膜太陽電池は、フレキシブルな電気絶縁性フィルム基板上に金属電極層、薄膜半導体層からなる光電変換層および透明電極層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金属電極と隣接する光電変換素子の透明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金属電極と最後の光電変換素子の透明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。
【０００８】
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。上記太陽電池の構成および製造方法の一例は、例えば特開平１０−２３３５１７号公報や特願平１１−１９３０６号に記載されている。
【０００９】
前記特願平１１−１９３０６号に記載された薄膜太陽電池の構成概念図を、図５に示す。図５は、プラスチックフィルムを基板とした可撓性薄膜太陽電池の斜視図を示す。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（後述する第３電極層と第４電極層とを含む層）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。
【００１０】
上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程の一例を図６（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１を基板として（工程（a））、これに接続孔７８を形成し（工程（b））、基板の両面に第１電極層（下電極）７４および第３電極層（接続電極の一部）７３を形成（工程（c））した後、接続孔７８と所定の距離離れた位置に集電孔７７を形成する（工程（d））。上記工程（c）における第１電極層７４と第３電極層７３の形成は、後述する成膜装置において、基板７１を反転させて２段階に分けて形成を行い、接続孔７８の部分は、前記両電極層７４と７３とを成長形成することにより形成する。これにより、前記両電極層の電気的な接続を得る。
【００１１】
次に、第１電極層７４の上に、光電変換層となる半導体層７５および第２電極層である透明電極層７６を順次形成するとともに（工程（e）および工程（f））、第３電極層７３の上に第４電極層（接続電極層の一部）７９を形成する（工程（g））。この後、レーザビームを用いて、基板７１の両側の薄膜を分離加工して図５に示すような直列接続構造を形成する。
【００１２】
図４は、前記薄膜太陽電池の製造工程の概略のフローチャートを示し、一部表現を変更して概括的に示す。
【００１３】
図４に示す工程は、基板孔開け処理（直列接続孔と集電孔の形成）、第１、第３電極部形成、ａ−Ｓｉ薄膜および第２、第４電極部形成、薄膜層パターニングによる直列接続形成、セル特性検査などの工程を含むが、この工程は、図５に示す構造形式の薄膜太陽電池に対応する工程である。他の形式、例えば基板の片面にのみに金属電極を形成する形式の薄膜太陽電池の場合には、図４における前段の４つの工程が異なり、後段の２つの工程は同一となる。即ち、基板の片面にのみに金属電極を形成する形式の薄膜太陽電池の場合の製造方法は、基板表面に金属電極層，光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続した太陽電池を形成する工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の薄膜太陽電池の製造方法においては、検査工程を経て出荷するまでの時間の短縮化の観点から下記のような問題があった。
【００１５】
ａ−Ｓｉ太陽電池セルは、一般に光劣化現象がみられる。実使用状態にあわせ、セル温度４５℃〜５０℃、光強度０．８〜１．０ｋＷ／ｍ2の標準条件で光照射すると、通常５００〜１０００時間の光照射により、光劣化はそれ以上は進行せずにセル特性が安定化する。この時のセル効率を安定化効率と呼ぶ。従って、セルの特性は最終的には安定化効率で評価しなければならない。また、製品としてはセルを安定化してからでないと出荷できない。従来のセル特性検査では、セルの初期特性を評価した後、少数のサンプルを抽出して、その安定化効率の評価を行っていた。その理由は、評価に大きな面積と多大な時間が必要となるからである。例えば、安定化効率が１０％のセルの年産１０ＭＷラインを考えると、毎日約２８ｋＷのセルが製造されるが、これらを標準条件で安定化させるために必要な照射面積は２８０ｍ2が必要である。このように広い面積と長時間の光照射が必要となる。また、従来はセルの初期特性を評価した後の安定化効率評価に時間がかかるため、特性評価に基づき製造工程上の不備解消を目的とするフィードバックがかかりにくかった。
【００１６】
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、製造した太陽電池セルの安定化効率のデータを製造工程のオンタイムで比較的簡易に得ることができ、かつセル特性の評価に基づく製造工程への早期フィードバックを可能とする薄膜太陽電池の製造方法と同方法に使用する処理装置を提供することにある。
【００１７】
【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層，光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に接続して直列接続の太陽電池を形成する工程と、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む薄膜太陽電池の製造方法において、
前記光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程は、ステッピングロール方式薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する工程とし、前記太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程のタクトタイムと、前記ステッピングロール方式薄膜形成装置により太陽電池を形成する工程のタクトタイムとが略同一となるように、光照射強度と照射時間等の光劣化処理条件を選定して光劣化処理を行うことを特徴とする（請求項１）。
【００１８】
従来のセル特性検査では、セルの初期特性を評価した後、少数のサンプルを抽出して、その安定化効率の評価を行っていたが、上記方法により、太陽電池セルの安定化効率のデータを製造工程のオンタイムで比較的簡易に得ることができ、かつセル特性の評価に基づく製造工程への早期フィードバックが可能となる。
【００１９】
また、前記製造方法において、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程のタクトタイムと、ステッピングロール方式薄膜形成装置により太陽電池を形成する工程のタクトタイムとが略同一となるように、光照射強度と照射時間等の光劣化処理条件を選定して光劣化処理を行うことにより、前記製造工程のオンタイムでの安定化効率のデータ取得を可能ならしめ、後述する請求項４のロール搬送手段共有化に関わる発明のリーズナブルな実現をも可能とする。
【００２０】
また、請求項２の発明によれば、電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電極層，光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に接続して直列接続の太陽電池を形成する工程と、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む太陽電池の製造方法に使用する薄膜太陽電池の光劣化効率安定化処理装置であって、薄膜太陽電池の巻出し用ロールと、巻取り用ロールと、薄膜太陽電池に所定の張力をかけるための搬送手段と、光劣化処理用の光照射手段と、薄膜太陽電池の冷却手段とを備えたものとする。上記のように、薄膜太陽電池の他の製造工程と同様のロール搬送を用いた構成とすることにより、光劣化効率安定化処理装置が無理なく薄膜太陽電池の量産ラインに組み込まれて、容易に処理が可能となる。また後述するように、薄膜太陽電池を冷却することにより、同一の光照射強度の場合の安定化に要する時間が少なくてすみ、タクトタイムの短縮が可能となる。
【００２１】
さらに、請求項３の発明のように、電気絶縁性可撓性基板に直列接続孔を形成する工程と、この基板の表面および裏面に第１電極層および第３電極層を形成する工程と、基板に集電孔を形成する工程と、第１電極層の表面上に光電変換層と透明電極層（第２電極層）を形成し，第３電極層の表面上に第４電極層を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に接続して直列接続の太陽電池を形成する工程と、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む薄膜太陽電池の製造方法に使用する薄膜太陽電池の光劣化効率安定化処理装置であって、薄膜太陽電池の巻出し用ロールと、巻取り用ロールと、薄膜太陽電池に所定の張力をかけるための搬送手段と、光劣化処理用の光照射手段と、薄膜太陽電池の冷却手段とを備えたものとすることもできる。
【００２２】
また、請求項４の発明によれば、請求項２または３に記載の光劣化効率安定化処理装置であって、光劣化効率安定化処理の後、引き続いて、太陽電池セルの特性検査ができるように装置を構成し、かつ薄膜太陽電池の巻出し用ロールと、巻取り用ロールと、薄膜太陽電池に所定の張力をかけるための搬送手段とを、光劣化効率安定化処理工程と特性検査工程とで兼用するように構成したものとする。光劣化工程の搬送系とこの工程の後工程であるセル特性検査工程の搬送系とを共通とすることにより、各装置で独立に搬送系を有するよりも装置コストを低減できる。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は請求項１の発明に関わる実施例の製造工程のフローチャートである。製造した太陽電池の構成は、図５に示すものと同一である。基板６１としては膜厚３０〜５０μｍのポリイミドを用いた。プラスチックフィルム基板としては、アラミド、ＰＥＮ，ＰＥＳ，ＰＥＴなどを用いてもよい。コアに巻かれたプラスチック基板６１はロールツーロール方式パンチ装置により複数の直径０．５〜２ｍｍの直列接続孔６８を形成する。
【００２５】
次に、このプラスチック基板をロールツーロール方式電極形成装置に装着し、一面に第１電極層６４およびその反対面に後述する第４電極層とで接続電極層を構成する第３電極層６３を数百ｎｍ厚で形成する。電極材料にはＡｇを用いたが、Ａｌなどの金属材料、ＩＴＯ，ＺｎＯなどの透明導電膜、およびその複合膜などを用いてもよい。次に、ロールツーロール方式パンチ装置により直列接続孔６８と所定の距離離れた位置に直径０．５〜２ｍｍの集電孔６７を形成する。
【００２６】
上記のように、直列接続孔６８、第１電極層６４および第３電極層６３、集電孔６７が形成されたプラスチック基板をステッピングロール方式薄膜形成装置に装着し、第１電極層６４の上に、光電変換層６５、透明電極層６６を順次積層して太陽電池部分を形成する。このとき、直列接続孔６８には膜が形成されないようにした。さらに、ステッピングロール方式薄膜形成装置内にて連続して光電変換層６５、透明電極層６６を順次積層した面とは反対面の第３電極層上に第４電極層を最終的に形成した。
【００２７】
次に、ＹＡＧレーザにより、所定のパターンで太陽電池部分およびその反対面の第３，４電極層６３の分離加工を行う。このとき、太陽電池部分を分離する位置と第３，４電極層６３を分離する位置をずらすことにより、集電孔および直列接続孔を介して一面上で互いに絶縁分離されている単位太陽電池が直列に接続される。これにより、所定の位置に所定の大きさ、本実施例では面積４０cm×８０cmの直列接続構造セルが多数作り込まれたロールが得られた。
【００２８】
次に、セル効率の安定化工程に進んだ。用いた装置の概略構成を図２に示す。巻出しロール３１から巻出されたセル基板３２は水冷または電子冷却機構を備えた冷却プレート３３まで送られ、そこで複数のキセノンランプ３４の光を用いてセル面を一定時間照射した後、巻取りロール３５に巻取った。本実施例では冷却プレート３３のサイズは６０cm×１００cmとし、セル１枚毎に処理を行った。キセノンランプ３４は出力５kWのランプを４個使用し、光学系により集光して用いた。
【００２９】
集光した光強度と安定化効率に達する時間については、図３に示す関係が得られた。標準の温度４５℃では光照射1時間以内で安定化効率に達するには７ｋＷ／ｍ2以上の光を照射する必要があった。セルの温度を２５℃に下げると光照射1時間以内で安定化効率に達するには光強度４ｋＷ／ｍ2以上の光を用いれば良い。太陽電池を形成する工程までのタクトタイム１５分に合わせるためには、光強度は４．５〜５．５ｋＷ／ｍ2、光照射中のセル温度は２０℃〜３０℃とすればよい。この連続光照射工程後に、セル特性検査を行ってセルの安定化効率を評価し、所定の特性以上の良品のみ切り出してモジュール化を行った。
【００３０】
また、光劣化工程の処理時間が太陽電池製造工程のタクトタイムとほぼ同じに設定できたことから、製造工程のオンタイムでの安定化効率の取得を可能ならしめ、光劣化工程の搬送系とこの工程の後工程であるセル特性検査工程の搬送系とを共通にすることがリーズナブルに実現できた。さらに、光劣化処理を２５℃で行っているため、途中の冷却のためのキャンロールなどの設備も必要でなく、そのままセル特性検査に移行できた。
【００３１】
【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層，光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程と、パターニングにより複数の太陽電池セルを電気的に接続して直列接続の太陽電池を形成する工程と、太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程と、太陽電池セルの特性検査を行う工程とを含む薄膜太陽電池の製造方法において、
前記光電変換層，透明電極層の薄膜を形成する工程は、ステッピングロール方式薄膜形成装置を用いて薄膜を形成する工程とし、前記太陽電池の光劣化処理による効率安定化処理工程のタクトタイムと、前記ステッピングロール方式薄膜形成装置により太陽電池を形成する工程のタクトタイムとが略同一となるように、光照射強度と照射時間等の光劣化処理条件を選定して光劣化処理を行うこととしたことにより、製造した太陽電池セルの安定化効率のデータを製造工程のオンタイムで比較的簡易に得ることができ、かつセル特性の評価に基づく製造工程への早期フィードバックができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の薄膜太陽電池の製造方法の実施例を示すフローチャート
【図２】  本発明の光劣化処理による効率安定化処理装置の実施例の概略構成図
【図３】  光照射強度と安定化効率に達するまでの光照射時間との関係図
【図４】  従来の薄膜太陽電池の製造方法の一例を示すフローチャート
【図５】  薄膜太陽電池の構成の一例を示す斜視図
【図６】  薄膜太陽電池の製造工程の一例を示す図
【符号の説明】
３１：巻出しロール、３２：セル基板、３３：冷却プレート、３４：キセノンランプ、３５：巻取りロール。
【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】
0004000501.tif 000007