(57)【要約】【課題】ＰＩＤ現象の発生に起因した電気特性の低下を抑制できる太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】受光面側の表面に絶縁膜が形成された太陽電池セル１０３が受光面側保護ガラス１０１と裏面側保護部材１０５との間に前記絶縁膜側を前記受光面側保護ガラス１０１側に向けて封止された太陽電池モジュール１００であって、前記受光面側保護ガラス１０１と前記太陽電池セル１０３との間に、前記受光面側保護ガラス１０１側から、透明樹脂からなる第１の表面側封止材層１０２ａと、透明絶縁層１０２ｃと、透明樹脂からなる第２の表面側封止材層１０２ｂとが積層された積層体を有し、前記透明絶縁層１０２ｃは、前記第１の表面側封止材層１０２ａおよび前記第２の表面側封止材層１０２ｂよりも体積抵抗率が大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側の表面に絶縁膜が形成された太陽電池セルが受光面側保護ガラスと裏面側保護部材との間に前記絶縁膜側を前記受光面側保護ガラス側に向けて封止された太陽電池モジュールであって、
前記受光面側保護ガラスと前記太陽電池セルとの間に、前記受光面側保護ガラス側から、透明樹脂からなる第１の表面側封止材層と、透明絶縁層と、透明樹脂からなる第２の表面側封止材層とが積層された積層体を有し、
前記透明絶縁層は、前記第１の表面側封止材層および前記第２の表面側封止材層よりも体積抵抗率が大きいこと、
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第１の表面側封止材層および前記第２の表面側封止材層が、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂からなり、
前記透明絶縁層の体積抵抗率が、１×１０１６Ω・ｃｍ以上、１×１０１８Ω・ｃｍ以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記透明絶縁層の厚さが、０．００１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記透明絶縁層の材料が、ポリエチレンテレフタレート樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびシリコーンゴムのうちのいずれか１つまたは複数を組み合せたものであること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
受光面側の表面に絶縁膜が形成された太陽電池セルを受光面側保護ガラスと裏面側保護部材との間に前記絶縁膜側を前記受光面側保護ガラス側に向けて封止する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記受光面側保護ガラス上に、透明樹脂からなる第１の表面側封止材層と、透明絶縁層と、透明樹脂からなる第２の表面側封止材層と、前記太陽電池セルと、裏面側封止材層と、前記裏面側保護部材とを積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
真空引きした雰囲気中で前記積層体に対して加圧加熱を行うことにより前記積層体をラミネートして、前記積層体が一体化された前記太陽電池モジュールを形成するラミネート工程と、
を含み、
前記透明絶縁層は、前記第１の表面側封止材層および前記第２の表面側封止材層よりも体積抵抗率が大きいこと、
を特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記第１の表面側封止材層および前記第２の表面側封止材層が、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂からなり、
前記透明絶縁層の体積抵抗率が、１×１０１６Ω・ｃｍ以上、１×１０１８Ω・ｃｍ以下であること、
を特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記透明絶縁層の厚さが、０．００１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であること、
を特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記透明絶縁層の材料が、ポリエチレンテレフタレート樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびシリコーンゴムのうちのいずれか１つまたは複数を組み合せたものであること、
を特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の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および太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に、太陽電池セルを封止材で封止した太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、結晶性半導体基板を用いた結晶系太陽電池モジュールの実装構造の１つに、強化ガラスからなるカバーガラス上に形成された表面側封止材の上に、エチレン酢酸ビニル共重合体（Ethylene-vinyl  acetate：ＥＶＡ）樹脂のフィルムを介して結晶系太陽電池セルを並べ、該結晶系太陽電池セル上に裏面側封止材であるＥＶＡと裏面被覆部材とを載せてラミネートする技術が開示されている。
【０００３】
太陽電池用の封止材は、たとえば特許文献１および特許文献２に記載された封止材が提案されている。特許文献１には、接着性及び製膜性の双方に優れるエチレン酢酸ビニル共重合体膜が記載されている。特許文献２には、透明性、柔軟性、接着性、耐熱性、外観、架橋特性、電気特性およびカレンダー成形性などの諸特性に優れる太陽電池封止材として、エチレン・α−オレフィン系共重合体を含有する太陽電池封止材用樹脂組成物が記載されている。
【０００４】
近年、メガソーラーなどの太陽光発電システムの大規模化により、太陽光発電システムの高電圧化が進んでいる。太陽光発電システムが高電圧化するにしたがって、太陽光発電システムにおいて結晶系太陽電池セルで発電した直流を交流に変換することができるインバータでは、高効率化およびコスト削減のために、トランスレス型インバータの使用が増加している。
【０００５】
トランスレス型インバータは、システム側での絶縁ができない。通常、結晶系太陽電池モジュールのカバーガラスは金属のフレームで支持され、該フレームはアースに接続されて接地電位になっている。ここで、トランスレス型インバータを使用した大規模太陽光発電システムにおいては、接地されたフレームと、結晶系太陽電池モジュールの内部回路である結晶系太陽電池セルとの間に大きな電位差が発生する。また、カバーガラスに用いられるガラスは、太陽電池封止材から形成された封止層と比較して電気抵抗が低く、フレームを介してカバーガラスとセルとの間にも高電圧が発生する。また、朝露および日照がある場合の降雨など、ガラス面に水分が付着するとガラスが水によってフレームと同電位になり、ガラスを伝って、接地されたフレームとセルの間に漏れ電流が発生する。
【０００６】
すなわち、結晶系太陽電池モジュール表面は、一般にソーダライムガラスからなるカバーガラスで覆われている。ここで、カバーガラス表面に水分があると、ソーダライムガラスから金属イオンであるナトリウムイオン（Ｎａ＋イオン）を生じる。Ｎａ＋イオンが生じた状態で、上述したようにフレームと結晶系太陽電池セルとの間に大きな電位差が生じると、カバーガラスの表面のＮａ＋イオンは、フレームと結晶系太陽電池セルとの間の電位差によってカバーガラス中および封止充填樹脂中を移動し、結晶系太陽電池セルの表面に到達する。高温高湿の条件ではカバーガラスおよび封止材の体積抵抗が低下し、漏れ電流が増え、金属イオンであるＮａ＋イオンが移動しやすくなる。
【０００７】
通常、結晶系太陽電池セルの光入射側のドープ層の表面は、絶縁性のパッシベーション膜で覆われている。該パッシベーション膜は、帯電イオンが付着することにより分極する。パッシベーション膜が分極することにより、結晶系太陽電池セルの光入射側のドープ層のパッシベーション層との界面近傍に極性逆転領域が形成され、光発生キャリアの移動が妨げられる。光発生キャリアの移動が妨げられた結果、結晶系太陽電池セルの出力が低下し、結晶系太陽電池モジュールの電気特性が低下する。上記の結晶系太陽電池モジュールの電気特性の劣化は、ＰＩＤ（Potential  Induced  Degradation）現象と呼ばれる。ここで、たとえばドープ層はｎ型であり、極性逆転領域はｐ型である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−５３２９８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２９６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載された封止材、および特許文献２に記載された封止材では、ＰＩＤ現象の発生を抑制することはできない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＩＤ現象の発生に起因した電気特性の低下を抑制できる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、受光面側の表面に絶縁膜が形成された太陽電池セルが受光面側保護ガラスと裏面側保護部材との間に前記絶縁膜側を前記受光面側保護ガラス側に向けて封止された太陽電池モジュールであって、前記受光面側保護ガラスと前記太陽電池セルとの間に、前記受光面側保護ガラス側から、透明樹脂からなる第１の表面側封止材層と、透明絶縁層と、透明樹脂からなる第２の表面側封止材層とが積層された積層体を有し、前記透明絶縁層は、前記第１の表面側封止材層および前記第２の表面側封止材層よりも体積抵抗率が大きいこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＩＤ現象の発生に起因した電気特性の低下を抑制できる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる結晶系太陽電池モジュールである結晶シリコン太陽電池モジュールの概略構成を模式的に示す要部断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セルを受光面側から見た平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セルを非受光面側である裏面側から見た平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セルの構成を示す要部断面図であり、図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セルが接続配線により電気的に直列に接続配線されたストリングを示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、ＰＩＤ現象の発生に起因した結晶系太陽電池モジュールの電気特性劣化、すなわち出力特性の低下について鋭意検討した結果、封止材に体積抵抗率の低いＥＶＡのみを使用している場合に、ＰＩＤ現象の発生に起因した結晶シリコン太陽電池モジュールの電気特性の劣化が生じるという知見を得た。以下に、ＰＩＤ現象の発生に起因した結晶系太陽電池モジュールの電気特性の劣化を抑制できる本発明にかかる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１５】
実施の形態
図１は、本実施の形態にかかる結晶系太陽電池モジュールである結晶シリコン太陽電池モジュール１００の概略構成を模式的に示す要部断面図である。以下、太陽電池モジュール１００と呼ぶ場合がある。図１に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール１００は、太陽光Ｌの入射側から、光透過性および耐候性部材を有する光透過性基板である受光面側保護ガラス１０１、受光面側封止層１０２、光起電力素子である結晶シリコン太陽電池セル１０３、裏面側封止層１０４、耐候性を有する裏面側被覆部材である裏面側保護部材１０５が順次積層され、ラミネート加工プロセスによって一体化された積層封止体構造を有する。以下、太陽電池セル１０３と呼ぶ場合がある。また、該積層封止体構造を構成する部材が積層一体化された結晶シリコン太陽電池モジュール１００は、外周縁部を不図示の金属フレームである額縁状の金属フレームによって支持され、電気的に接地された架台に固定されている。すなわち、金属フレームは設置電位とされている。金属フレームは、たとえばアルミニウムにより構成される。
【００１６】
１台の結晶シリコン太陽電池モジュール１００の内部には、数十個の結晶シリコン太陽電池セル１０３が、各結晶シリコン太陽電池セル１０３の表裏に設けられた電極がモジュール内部で電気的に直列に接続されるように配線されてストリングとされている。標準状態での結晶シリコン太陽電池モジュール１００で発電された電力は、不図示のケーブルに出力されている。
【００１７】
受光面側保護ガラス１０１は、受光面側封止層１０２の受光面側に該受光面側封止層１０２の粘着力により固着されている。受光面側保護ガラス１０１は、結晶シリコン太陽電池モジュール１００の受光面側の表面をカバーする板ガラスである。受光面側保護ガラス１０１を構成する板ガラスは、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化ナトリウム（ＮａＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とする一般のソーダライムガラスが使用される。また、受光面側保護ガラス１０１を構成する板ガラスは、好ましくは太陽電池モジュールに求められる十分な耐風圧、耐雹性強度を有し、鉄分の含有量の低い高光透過率の白板強化ガラスであり、より好ましくは光入射側表面にポーラスシリカ等の低屈折率を有する材料からなる低屈折率の反射防止層を備える白板強化ガラスである。なお、地上発電用の太陽電池モジュールの受光面側保護ガラスには、一般のソーダライムガラスが使用され、高価なホウ珪酸ガラスおよび石英ガラスは使われない。したがって、受光面側保護ガラスからの金属イオンであるＮａ＋イオンの発生を完全に無くすことは困難である。
【００１８】
受光面側封止層１０２は、受光面側保護ガラス１０１側から、第１の表面側封止材層１０２ａと、透明絶縁層１０２ｃと、第２の表面側封止材層１０２ｂとが順次積層されて３層構造の積層体を構成している。すなわち、透明絶縁層１０２ｃは、第１の表面側封止材層１０２ａと第２の表面側封止材層１０２ｂとの間に挟まれて配置されている。
【００１９】
本実施の形態においては、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂは、太陽電池モジュールで一般的に用いられる封止材であるエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂により構成されている。第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂは、厚さＴ１がたとえば０．０５ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲とされる。なお、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂの材料はＥＶＡに限定されることなく、光透過性を有するとともに受光面側保護ガラス１０１と結晶シリコン太陽電池セル１０３との間を接着して、結晶シリコン太陽電池セル１０３を封止可能であれば、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００２０】
第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂに使用できる他の熱硬化性樹脂は、たとえばエチレンアクリル酸エチル共重合体、エチレンアクリル酸メチル共重合体、ポリオレフィン系樹脂などの樹脂が挙げられる。さらに、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂの内部は、耐候性、強度、接着性を向上させるために架橋させることが効果的である。本実施の形態における接着性とは、第１の表面側封止材層１０２ａと受光面側保護ガラス１０１との接着性、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂと透明絶縁層１０２ｃとの接着性、第２の表面側封止材層１０２ｂと結晶シリコン太陽電池セル１０３との接着性が含まれる。架橋の方法は、たとえば熱によりラジカルを生成させて架橋させる方法が有効である。さらに、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂには、耐光性を向上させるため紫外線吸収剤を添加することが好ましい。
【００２１】
透明絶縁層１０２ｃは、透明性すなわち光透過性と絶縁性とに優れた、樹脂材料または有機材料からなる透明絶縁膜であり、たとえばポリエチレンテレフタレート（polyethylene  terephthalate：ＰＥＴ）樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂およびシリコーンゴムなどを用いることができる。透明絶縁層１０２ｃは、ここで例示した材料のうちのいずれか１つの材料により構成されてもよく、またここで例示した材料の複数種を組み合わせて構成されてもよい。また、透明絶縁層１０２ｃは、複数層が積層されて構成されてもよい。透明絶縁層１０２ｃにおける太陽光の透過率が９０％以下の場合には、受光面側保護ガラス１０１側から結晶シリコン太陽電池モジュール１００に入射した太陽光のうち結晶シリコン太陽電池セル１０３に到達する太陽光の減少量が多くなり、透明絶縁層１０２ｃの使用による結晶シリコン太陽電池モジュール１００の太陽電池としての性能の低下量が多くなる。このため、透明絶縁層１０２ｃの使用による結晶シリコン太陽電池モジュール１００の発電性能の低下を結晶シリコン太陽電池モジュール１００の実用レベルに抑制する観点から、透明絶縁層１０２ｃの太陽光の透過率は９０％以上であることが好ましい。また、透明絶縁層１０２ｃにおける太陽光の透過率の物理的な上限は１００％である。実質的にも、上記材料で太陽光の透過率がほぼ１００％となる材料は一般的に存在する。透明絶縁層１０２ｃにおける太陽光の透過率が高ければ高いほど、受光面側保護ガラス１０１側から結晶シリコン太陽電池モジュール１００に入射した太陽光のうち結晶シリコン太陽電池セル１０３に到達する太陽光の減少量が少なくなるため好ましく、透明絶縁層１０２ｃにおける太陽光の透過率として適切な上限は１００％である。すなわち、透明絶縁層１０２ｃにおける太陽光の透過率は、９０％以上、１００％以下であることが好ましい。
【００２２】
透明絶縁層１０２ｃの体積抵抗率は、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂの体積抵抗率よりも大きい。透明絶縁層１０２ｃの体積抵抗率を第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂの体積抵抗率よりも大きくすることにより、受光面側封止層１０２を第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂの材料のみにより構成した場合に比べて、厚さを厚くすることなく受光面側封止層１０２の体積抵抗を大きくすることができる。受光面側封止層１０２の体積抵抗を大きくすることにより、金属フレームから受光面側保護ガラス１０１を伝って結晶シリコン太陽電池セル１０３に流れる漏れ電流を低減することができ、ＰＩＤ現象の発生を抑制することができる。すなわち、絶縁性の低いＥＶＡで引き起こされるＰＩＤ現象の発生を抑制できる。
【００２３】
透明絶縁層１０２ｃの体積抵抗率は、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂの体積抵抗率よりも大きい値が必要である。本実施の形態においては、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂは、ＥＶＡにより構成されている。一般的なＥＶＡの体積抵抗率は、約１×１０１４Ω・ｃｍ〜１×１０１５Ω・ｃｍ程度である。したがって、本実施の形態における透明絶縁層１０２ｃの体積抵抗率は１×１０１６Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。なお、第１の表面側封止材層１０２ａおよび第２の表面側封止材層１０２ｂがＥＶＡにより構成される場合、透明絶縁層１０２ｃの体積抵抗率の上限は、１×１０１８Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。透明絶縁層１０２ｃの体積抵抗率を１×１０１８Ω・ｃｍよりも大きい抵抗率にする場合には別途添加剤が必要になる。該添加剤の使用は、結晶シリコン太陽電池セル１０３のコスト増およびセル出力の低下につながるためである。
【００２４】
すなわち、特定の同じ厚みで受光面側封止層を構成する場合において、透明絶縁層１０２ｃを設けることにより、ＥＶＡのみにより受光面側封止層を構成する場合に比べて、受光面側封止層の体積抵抗を大きくすることができ、受光面側封止層の絶縁性を高めることができる。そして、受光面側封止層の絶縁性を高めることにより、金属フレームから受光面側保護ガラス１０１を伝って結晶シリコン太陽電池セル１０３に流れる漏れ電流を低減することができ、ＰＩＤ現象の発生を抑制することができる。
【００２５】
体積抵抗は、単位面積あたりの体積抵抗Ｒｒを意味し、抵抗実測値をＲ１、太陽電池素子面積をＳとすれば、Ｒｒ＝Ｒ１×Ｓで算出される。体積抵抗率をＲρとし、封止材厚さをＬとすれば、Ｒｒ＝Ｒρ×Ｌの関係がある。
【００２６】
透明絶縁層１０２ｃの厚さは、製造上作成可能な０．００１ｍｍ以上であることが好ましい。また、透明絶縁層１０２ｃの厚さは、１０ｍｍ以下であることが好ましい。透明絶縁層１０２ｃの厚さを１０ｍｍより厚くして厚みを増やしすぎると、結晶シリコン太陽電池セル１０３への入射光の減少および結晶シリコン太陽電池セル１０３における吸収する光の感度低下によるセル出力の低下につながるためである。また、１０ｍｍより厚くすることは、製造の際に結晶シリコン太陽電池セルの割れを生じさせる原因にもなる。
【００２７】
ＰＩＤ現象の発生を防ぐためには、絶縁性の高いシートを結晶シリコン太陽電池セルの表面に配置すればよい。しかし、絶縁性の高いシートのみだと結晶シリコン太陽電池セルとの接着性に欠ける。そこで、本実施の形態では、一般的に太陽電池モジュールの封止材に使用されている安価なＥＶＡからなる第１の表面側封止材層１０２ａと第２の表面側封止材層１０２ｂとの間に透明絶縁層１０２ｃを挟みこむ。第１の表面側封止材層１０２ａと第２の表面側封止材層１０２ｂとの間に透明絶縁層１０２ｃを挟みこむことにより、受光面側保護ガラス１０１と結晶シリコン太陽電池セル１０３との間における接着性を高めることができる。第１の表面側封止材層１０２ａは、受光面側保護ガラス１０１と透明絶縁層１０２ｃとの間を接着する。第２の表面側封止材層１０２ｂは、透明絶縁層１０２ｃと結晶シリコン太陽電池セル１０３との間を接着する。
【００２８】
結晶シリコン太陽電池セル１０３は、一般的な不純物拡散によりＰＮ接合を形成する公知の単結晶あるいは多結晶のシリコン太陽電池セルを用いることができる。ここで、結晶シリコン太陽電池セル１０３の構成について説明する。結晶シリコン太陽電池セル１０３は、光電変換層としてｐ型の導電性を有する多結晶シリコン基板または単結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン系セルが代表的である。
【００２９】
なお、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール１００において、内部に封止される太陽電池セルは結晶シリコン太陽電池セルに限定されず、結晶性半導体基板を用いた太陽電池セルであればよく、ｎ型シリコン基板を用いた結晶シリコン系セル、結晶シリコン基板上に非晶質シリコン層が形成されたヘテロ接合シリコン系セル、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）に代表される化合物系セルを用いることも可能である。さらに、通常は基板の受光面側に形成されている金属電極が基板の裏面側に形成された構造を有する裏面電極型（ＩＢＣ：Interdigitated  Back  Contact）セルなどを用いることも可能である。ただし、上記において例示した太陽電池セルの光入射側にはＳｉＮｘ，ＳｉＯｘ等の絶縁性膜からなる、パッシベーション層または反射防止層が設けられている。
【００３０】
ここでは、代表的な結晶シリコン太陽電池セル１０３として、光電変換層としてｐ型の導電性を有する単結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン太陽電池セルについて説明する。図２は、本実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セル１０３を受光面側から見た平面図である。図３は、本実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セル１０３を非受光面側である裏面側から見た平面図である。図４は、本実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セル１０３の構成を示す要部断面図であり、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図５は、本実施の形態にかかる結晶シリコン太陽電池セル１０３が接続配線２１により電気的に直列に接続配線されたストリングを示す要部断面図である。
【００３１】
結晶シリコン太陽電池セル１０３は、スーパーストレートタイプの代表的なものである片面発電型の結晶シリコン太陽電池セルを用いることができる。結晶シリコン太陽電池セル１０３は、光電変換機能を有する基板であってｐｎ接合を有する半導体基板７の受光面側に、たとえば絶縁性の膜としてシリコン窒化膜からなり反射防止および表面パッシベーションを担う反射防止膜３が形成されている。半導体基板７は、たとえばｐ型単結晶シリコンからなる半導体基板１の受光面側に、リン拡散によって不純物拡散層２であるｎ型不純物拡散層が形成されている。半導体基板７の受光面側および裏面側には、接続配線２１との接合用の接続電極である受光面バス電極５２および裏面バス電極６２が形成されている。太陽電池セル１０３では、反射防止膜３側から太陽光Ｌが入射する。
【００３２】
不純物拡散層２の受光面側の表面には、テクスチャー構造としてたとえば逆ピラミッド状の微小凹凸からなる図示しない逆ピラミッドテクスチャー構造が形成されている。逆ピラミッド状の微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、効率良く光を太陽電池セル１０３に閉じ込め、光路長を延ばして出力電流を向上させる。
【００３３】
半導体基板７の受光面側には、銀（Ａｇ）およびガラスを含む電極材料が焼成されて形成されて櫛型を呈する金属電極である受光面電極５が、反射防止膜３を突き抜けて不純物拡散層２に電気的に接続して設けられている。受光面電極５としては、半導体基板７から光生成キャリアを集電する長尺細長の受光面グリッド電極５１が、半導体基板７の受光面の面内方向において複数並べて設けられている。また、受光面グリッド電極５１と導通して該受光面グリッド電極５１から光生成キャリアを集電する受光面バス電極５２が、半導体基板７の受光面の面内方向において該受光面グリッド電極５１と直交するように設けられている。受光面グリッド電極５１および受光面バス電極５２は、それぞれ底面部において不純物拡散層２に電気的に接続している。
【００３４】
一方、半導体基板７において受光面と対向する裏面には、アルミニウム（Ａｌ）、ガラスを含む電極材料が焼成されて形成された裏面アルミニウム電極６１が、外縁領域の一部を除いた全体にわたって設けられている。また、銀（Ａｇ）およびガラスを含む電極材料が焼成されて形成された裏面バス電極６２が受光面バス電極５２と同一方向に延在して設けられている。そして、裏面アルミニウム電極６１と裏面バス電極６２とにより裏面電極６が構成される。
【００３５】
半導体基板７の受光面側では、金属電極の光反射によって半導体基板７への光入射量が減少するため、受光面電極５を細線状に加工する必要がある。一方、半導体基板７の裏面側では、上述した金属電極の光反射は問題とならないため、電極形状は任意である。金属電極は、細線状に形成する場合には印刷法またはメッキ法などが、裏面の電極を細線状に加工せずに全面電極とする場合には上記の方法に加えてスパッタリング法または蒸着法なども用いることができる。なお、受光面電極５および裏面電極６の材料にはアルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）が用いられることが多いが、特に限定されるものではなく、周知の材料から適宜選択して用いることができる。
【００３６】
また、半導体基板７の裏面側の表層部における裏面アルミニウム電極６１の下部領域には、半導体基板１よりも高濃度でｐ型不純物を含んでｐ型の導電型かつ半導体基板１よりも高い導電率を備えたｐ＋層４が形成されている。ｐ＋層４により、ＢＳＦ（Back  Surface  Field）と呼ばれる、光生成された少数キャリアをポテンシャル障壁により光入射面側に戻す効果が得られる。
【００３７】
以上のように構成された結晶シリコン太陽電池セル１０３では、太陽光Ｌが結晶シリコン太陽電池セル１０３の受光面側から半導体基板７に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合部、すなわちｐ型単結晶シリコンからなる半導体基板１と不純物拡散層２との接合面の電界によって、生成した電子は不純物拡散層２に向かって移動し、ホールは半導体基板１に向かって移動する。電子およびホールの移動により、不純物拡散層２に電子が過剰となり、半導体基板１にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。該光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、不純物拡散層２に接続した受光面電極５がマイナス極となり、ｐ＋層４に接続した裏面電極６がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
【００３８】
裏面側封止層１０４は、たとえば太陽電池モジュールで一般的に用いられるＥＶＡである。なお、裏面側封止層１０４については、太陽電池モジュールで一般的に用いられる材料であれば特に制約はない。
【００３９】
裏面側保護部材１０５は、結晶シリコン太陽電池セル１０３の裏面側に配置されて、結晶シリコン太陽電池セル１０３の裏面側を保護する。裏面側保護部材１０５は、裏面側封止層１０４における裏面側に該裏面側封止層１０４の粘着力により固着されている。裏面側保護部材１０５は樹脂バックシートが用いられ、結晶系太陽電池モジュールで一般的に用いられる耐加水分解ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂シート、オレフィン系樹脂シート、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ：Polyvinyl  Fluoride）樹脂シート、あるいは上述した材料を貼り合わせた積層樹脂シートを用いることができる。また、樹脂シートの表面にシリカまたはアルミナなどの酸化物が蒸着された酸化物蒸着フィルムを貼り合せたものも使用できる。
【００４０】
つぎに、上記のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池モジュール１００の製造方法の一例について説明する。まず、公知の方法により複数の太陽電池セル１０３を作製する。たとえばアルカリ水溶液を用いた異方性エッチングにより、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面側に、微小凹凸からなる逆ピラミッドテクスチャー構造を形成する。つぎに、ｐ型単結晶シリコン基板を熱拡散炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気の存在下で加熱してｐ型単結晶シリコン基板の表面にリンガラスを形成することによりｐ型単結晶シリコン基板中にリンを拡散させ、ｐ型単結晶シリコン基板の表層に不純物拡散層２を形成する。ｐ型単結晶シリコン基板の表層に不純物拡散層２が形成されることにより、ｐｎ接合を有する半導体基板７が形成される。
【００４１】
つぎに、フッ酸溶液中でｐ型単結晶シリコン基板のリンガラス層を除去した後、たとえばプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ：Plasma  Enhanced  CVD）により、反射防止膜３となる窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）を不純物拡散層２上に形成する。
【００４２】
つぎに、半導体基板７の受光面に銀の混入した電極ペーストをスクリーン印刷により櫛形に印刷し、半導体基板７の裏面にアルミニウムの混入した電極ペーストをスクリーン印刷により全面に印刷する。電極ペーストの印刷後、半導体基板７の表裏面の電極ペーストに焼成処理を実施して、受光面電極５と裏面電極６とを形成する。以上のようにして、図２〜図４に示す太陽電池セル１０３が作製される。
【００４３】
つぎに、上記のようにして作製された太陽電池セル１０３を電気的に直列に接続してストリングとする。ストリングは、上記のようにして作製された複数の太陽電池セル１０３を、接続配線２１によって各太陽電池セル１０３の電極を電気的に直列接続することにより作製される。複数の太陽電池セル１０３は、既定の配列方向において既定の距離だけ離間して同一平面上に規則的に配列される。以上のようにして、図５に示すような太陽電池セル１０３が接続配線２１により電気的に直列に接続配線されたストリングが作製される。
【００４４】
つぎに、上記のようにして作製されたストリングを用いて太陽電池モジュール１００を作製する。まず、受光面側保護ガラス１０１上に、受光面側封止層１０２を積層配置する。受光面側封止層１０２は、受光面側保護ガラス１０１側から、第１の表面側封止材層１０２ａと、透明絶縁層１０２ｃと、第２の表面側封止材層１０２ｂとを順次積層する。
【００４５】
つぎに、受光面側封止層１０２上に、電気的に直列に接続配線された太陽電池セル１０３のストリングを設置する。そして、太陽電池セル１０３のストリング上に、裏面側封止層１０４を積層し、該裏面側封止層１０４上に裏面側保護部材１０５を配置して積層体を構成する。積層体の形成後、該積層体を公知の真空加熱ラミネータ等のラミネータ装置を用いたラミネート封止プロセスによりラミネートして、太陽電池セル１０３のストリングを封止する。ラミネート封止プロセスでは、真空引きした雰囲気中で積層体に対して加圧加熱が行われる。該ラミネート封止プロセスにより、上記の各部材がラミネートされて一体化し、太陽電池セル１０３が受光面側封止層１０２と裏面側封止層１０４とにより封止された太陽電池モジュール１００が得られる。太陽電池モジュール１００の形成後、太陽電池モジュール１００には金属フレームである額縁状のアルミニウム製フレームが取り付けられる。
【００４６】
上述したように、本実施の形態においては、受光面側保護ガラス１０１と結晶シリコン太陽電池セル１０３との間に設けられた受光面側封止層１０２が、第１の表面側封止材層１０２ａと透明絶縁層１０２ｃと第２の表面側封止材層１０２ｂとが積層された３層構造の積層体により構成される。すなわち、本実施の形態においては、透明絶縁層１０２ｃを設けることにより受光面側保護ガラス１０１と結晶シリコン太陽電池セル１０３との間の絶縁性を高め、金属フレームから受光面側保護ガラス１０１を伝って結晶シリコン太陽電池セル１０３に流れる漏れ電流を低減することができ、ＰＩＤ現象の発生を抑制することができる。したがって、本実施の形態においては、ＰＩＤ現象に起因した太陽電池モジュール１００の出力低下を抑制することができる。
【００４７】
また、本実施の形態においては、第１の表面側封止材層１０２ａと第２の表面側封止材層１０２ｂには安価なＥＶＡを使用することができる。第１の表面側封止材層１０２ａと第２の表面側封止材層１０２ｂとにＥＶＡを使用することにより、高額な樹脂材料を使用する必要がなく、太陽電池セル１０３と金属フレーム間に高電圧が印加された状態が維持されても太陽電池モジュール１００の出力低下を抑制することができ、ＰＩＤ現象の発生に起因した電気特性の劣化を大幅に抑制できるモジュール構造を安価に実現できる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、透明絶縁層１０２ｃにはＰＥＴを使用することができる。特許文献１および特許文献２の技術によれば、高価な材料からなる封止材を使用しており、モジュール作製コストが高額になる。しかしながら、本実施の形態においては、封止材に特許文献１および特許文献２に記載された封止材、またはオレフィンおよびアイオノマーなどの高価な封止材を使用することなく、ＥＶＡとＰＥＴのみを封止材に用いて太陽電池モジュール１００を作製できる。したがって、本実施の形態においては、安価かつＰＩＤ耐性が高い太陽電池モジュール１００が実現できる。
【００４９】
したがって、本実施の形態によれば、ＰＩＤ現象の発生に起因した電気特性の低下を抑制できる太陽電池モジュールを安価に実現できる。
【００５０】
なお、上記においては複数の結晶シリコン太陽電池セル１０３が接続配線２１により電気的に直列に接続配線されたストリングが封止された太陽電池モジュールについて説明したが、１つの太陽電池セルが封止された太陽電池モジュールの場合も上記と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、ＰＩＤ現象の発生に起因した電気特性の低下の抑制に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  半導体基板、２  不純物拡散層、３  反射防止膜、４  ｐ＋層、５  受光面電極、
６  裏面電極、７  半導体基板、２１  接続配線、５１  受光面グリッド電極、５２  受光面バス電極、６１  裏面アルミニウム電極、６２  裏面バス電極、１００  結晶シリコン太陽電池モジュール（太陽電池モジュール）、１０１  受光面側保護ガラス、１０２  受光面側封止層、１０２ａ  第１の表面側封止材層、１０２ｂ  第２の表面側封止材層、１０２ｃ  透明絶縁層、１０３  結晶シリコン太陽電池セル（太陽電池セル）、１０４  裏面側封止層、１０５  裏面側保護部材。
【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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