(57)【要約】【課題】生産性を高めることができ、かつ不良の発生を抑制し得る、太陽電池モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】基板３上に分割前の第１の電極４Ａを形成する工程と、分割前の第１の電極４Ａを複数の第１の電極４に分割する工程と、複数の第１の電極４上に分割前の光電変換層５Ａを積層する工程と、分割前の光電変換層５Ａ上に分割前の第２の電極６Ａを形成する工程と、複数の第１の電極４が分割前の第２の電極６Ａ及び分割前の光電変換層５Ａから露出するように溝部１ａを形成し、分割前の光電変換層５Ａ及び分割前の第２の電極６Ａを複数の光電変換層５及び複数の第２の電極６に分割することにより、第１の電極４、光電変換層５及び第２の電極６をそれぞれ有する複数の太陽電池２を構成する工程と、溝部１ａにおいて第２の電極６及び光電変換層５から露出している第１の電極４と、隣接する太陽電池２の第２の電極６とを接続している配線７を設ける工程とを備える、太陽電池モジュール１の製造方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシック型の太陽電池モジュールの製造方法であって、
基板を用意する工程と、
前記基板上に分割前の第１の電極を形成する工程と、
前記分割前の第１の電極を複数の第１の電極に分割する工程と、
前記複数の第１の電極を覆うように分割前の光電変換層を積層する工程と、
前記分割前の光電変換層上に分割前の第２の電極を形成する工程と、
前記分割前の光電変換層の一部及び前記分割前の第２の電極の一部を除去し、前記複数の第１の電極が前記分割前の第２の電極及び前記分割前の光電変換層から露出するように溝部を形成し、前記分割前の光電変換層及び前記分割前の第２の電極を複数の光電変換層及び複数の第２の電極に分割することにより、前記第１の電極、前記光電変換層及び前記第２の電極をそれぞれ有する複数の太陽電池を構成する工程と、
前記溝部において、前記第２の電極及び前記光電変換層から露出している前記第１の電極と、隣接する前記太陽電池の前記第２の電極とを接続している配線を設ける工程とを備える、太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記配線を設ける工程において、前記配線を前記第２の電極上に至るように設ける、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記配線を設ける工程において、前記配線を印刷法により設ける、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記配線を格子状またはメッシュ状に形成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記配線の導電率が前記第２の電極の導電率よりも高い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
モノリシック型の太陽電池モジュールであって、
基板と、
前記基板上に形成されている複数の第１の電極と、
前記複数の第１の電極とそれぞれ対向するように配置されている複数の第２の電極と、
前記複数の第１の電極と、前記複数の第２の電極との間に配置されている複数の光電変換層とを備え、
前記第１の電極上に前記光電変換層及び前記第２の電極が設けられておらず、前記第１の電極が前記第２の電極及び前記光電変換層から露出している溝部を有し、
前記第１の電極、前記第２の電極及び前記光電変換層をそれぞれ有する複数の太陽電池が構成されており、前記複数の太陽電池が前記溝部を介してそれぞれ対向しており、
前記溝部において、前記第２の電極及び前記光電変換層から露出している前記第１の電極と、隣接する前記太陽電池の前記第２の電極とを接続している配線をさらに備える、太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記配線が、前記第２の電極上に至っている、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記配線が格子状またはメッシュ状の形状である、請求項６または７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記配線の導電率が前記第２の電極の導電率よりも高い、請求項６〜８のいずれか１項に記載の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、複数の太陽電池が互いに接続されているモノリシック型の太陽電池モジュールの製造方法及びモノリシック型の太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の太陽電池が互いに接続されているモノリシック型の太陽電池モジュールが知られている。例えば下記の特許文献１には、モノリシック型の太陽電池モジュールの製造方法の一例が開示されている。この太陽電池モジュールの製造に際しては、まず、基板上に下部電極膜を設ける。次に、下部電極膜を分割する。次に、分割により形成された下部電極上に、ｐ層、ｉ層及びｎ層からなる積層体を積層する。次に、積層体を分割する。分割により各光電変換層が形成される。次に、光電変換層上に、上部電極膜を設ける。次に、上部電極膜を分割する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１００９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の製造方法では、下部電極膜、上記積層体及び上部電極膜をそれぞれ分割するために、合計３回の分割が必要となる。そのため、製造工程が多く、太陽電池モジュールの生産性を充分に高めることは困難であった。また、分割の回数が多いため、分割時における汚染が不良発生の原因にもなる。
【０００５】
本発明の目的は、生産性を高めることができ、かつ不良の発生を抑制し得る、太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、モノリシック型の太陽電池モジュールの製造方法であって、基板を用意する工程と、前記基板上に分割前の第１の電極を形成する工程と、前記分割前の第１の電極を複数の第１の電極に分割する工程と、前記複数の第１の電極を覆うように分割前の光電変換層を積層する工程と、前記分割前の光電変換層上に分割前の第２の電極を形成する工程と、前記分割前の光電変換層の一部及び前記分割前の第２の電極の一部を除去し、前記複数の第１の電極が前記分割前の第２の電極及び前記分割前の光電変換層から露出するように溝部を形成し、前記分割前の光電変換層及び前記分割前の第２の電極を複数の光電変換層及び複数の第２の電極に分割することにより、前記第１の電極、前記光電変換層及び前記第２の電極をそれぞれ有する複数の太陽電池を構成する工程と、前記溝部において、前記第２の電極及び前記光電変換層から露出している前記第１の電極と、隣接する前記太陽電池の前記第２の電極とを接続している配線を設ける工程とを備える。
【０００７】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法のある特定の局面では、前記配線を設ける工程において、前記配線を前記第２の電極上に至るように設ける。
【０００８】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の他の特定の局面では、前記配線を設ける工程において、前記配線を印刷法により設ける。
【０００９】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法のさらに他の局面では、前記配線を格子状またはメッシュ状に形成する。
【００１０】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の別の局面では、前記配線の導電率が前記第２の電極の導電率よりも高い。
【００１１】
本発明に係る太陽電池モジュールは、モノリシック型の太陽電池モジュールであって、基板と、前記基板上に形成されている複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極とそれぞれ対向するように配置されている複数の第２の電極と、前記複数の第１の電極と、前記複数の第２の電極との間に配置されている複数の光電変換層とを備え、前記第１の電極上に前記光電変換層及び前記第２の電極が設けられておらず、前記第１の電極が前記第２の電極及び前記光電変換層から露出している溝部を有し、前記第１の電極、前記第２の電極及び前記光電変換層をそれぞれ有する複数の太陽電池が構成されており、前記複数の太陽電池が前記溝部を介してそれぞれ対向しており、前記溝部において、前記第２の電極及び前記光電変換層から露出している前記第１の電極と、隣接する前記太陽電池の前記第２の電極とを接続している配線がさらに備えられている。
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュールのある特定の局面では、前記配線が、前記第２の電極上に至っている。
【００１３】
本発明に係る太陽電池モジュールの他の特定の局面では、前記配線が格子状またはメッシュ状の形状である。
【００１４】
本発明に係る太陽電池モジュールのさらに他の特定の局面では、前記配線の導電率が前記第２の電極の導電率よりも高い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、生産性を高めることができ、かつ不良の発生を抑制し得る、太陽電池モジュールの製造方法及び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】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的正面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための模式的正面断面図である。
【図４】本発明の第１の実施系形態の第１の変形例に係る太陽電池モジュールの模式的正面断面図である。
【図５】本発明の第１の実施系形態の第２の変形例に係る太陽電池モジュールの模式的正面断面図である。
【図６】本発明の第１の実施系形態の第３の変形例に係る太陽電池モジュールの模式的正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的正面断面である。図２は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的斜視図である。
【００１９】
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、基板３を有する。本実施形態では、基板３は、絶縁性の材料からなる。
【００２０】
太陽電池モジュール１は、基板３上に設けられている複数の太陽電池２を有する。複数の太陽電池２は、互いに電気的に接続されている。本実施形態の太陽電池モジュール１は、モノリシック型の太陽電池モジュールである。
【００２１】
図２に示すように、基板３上には、複数の第１の電極４が設けられている。各第１の電極４の材料としては、例えば、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）などの導電性透明材料、導電性透明ポリマーなどが挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２２】
各第１の電極４上には、光電変換層５がそれぞれ積層されている。光電変換層５の詳細は後述する。
【００２３】
各光電変換層５上には、第２の電極６がそれぞれ設けられている。各第１の電極４と各第２の電極６とは、対向するように配置されている。各第２の電極６の材料としては、例えば、ＦＴＯ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯなどの導電性透明材料、導電性透明ポリマーなどが挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２４】
なお、第１の電極４及び第２の電極６の少なくとも一方は透明であることが望ましい。それによって、光電変換層５に十分な光を導くことができる。よって、第１の電極４及び第２の電極６の少なくとも一方には、ＩＴＯなどの透明性に優れた電極材料を用いることが望ましい。
【００２５】
太陽電池モジュール１は、溝部１ａを有する。各太陽電池２は、溝部１ａを隔てて互いに対向している。溝部１ａにおいては、光電変換層５の一部及び第２の電極６の一部が除去されている。溝部１ａにおいては、光電変換層５及び第２の電極６から第１の電極４が露出している。
【００２６】
各太陽電池２の第２の電極６と、当該太陽電池２に隣接する他の太陽電池２の第１の電極４とは、配線７により接続されている。本実施形態では、複数の太陽電池２は、互いに直列に接続されている。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態では、配線７は格子状に設けられている。図２においては、配線７を模式的に示しているが、配線７の格子の開口率が高いほど、各光電変換層５へ導くことができる光量は多い。各光電変換層５へ導く光量を多くすることにより、発電量を多くすることができる。
【００２８】
なお、配線７の形状は特に限定されない。例えば、配線７はメッシュ状であってもよく、あるいは、複数の線状の電極であってもよい。配線７は、例えば、銀、銅、金、アルミニウムなどからなる。
【００２９】
本実施形態の特徴は、配線７により、複数の太陽電池２が互いに接続されていることにある。それによって、太陽電池モジュール１の生産性を高めることができ、かつ不良発生を低減させることができる。これを、本実施形態の製造方法と共に、以下において説明する。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための模式的正面断面図である。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、基板３を用意する。次に基板３上に分割前の第１の電極４Ａを形成する。分割前の第１の電極４Ａは、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００３２】
次に、分割前の第１の電極４Ａを分割する。それによって、図３（ｂ）に示すように、複数の第１の電極４を形成する。分割前の第１の電極４Ａは、例えば、レーザー光を照射することにより分割することができる。あるいは、分割前の第１の電極４Ａを機械的に分断することにより分割してもよい。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、複数の第１の電極４上及び基板３上に、分割前の光電変換層５Ａを積層する。次に、分割前の光電変換層５Ａ上に分割前の第２の電極６Ａを形成する。次に、分割前の光電変換層５Ａの一部及び分割前の第２の電極６Ａの一部を除去する。それによって、図３（ｄ）に示すように、各第１の電極４が分割前の光電変換層５Ａ及び分割前の第２の電極６Ａから露出するように、溝部１ａを形成する。溝部１ａを形成することにより、図３（ｃ）に示した分割前の光電変換層５Ａ及び分割前の第２の電極６Ａを、複数の光電変換層５及び複数の第２の電極６に分割する。これにより、第１の電極４、光電変換層５及び第２の電極６をそれぞれ有する複数の太陽電池２を構成する。分割前の光電変換層５Ａ及び分割前の第２の電極６Ａの分割は、例えば、レーザー光の照射や機械的な分断などにより行うことができる。
【００３４】
このように、分割前の光電変換層５Ａの分割と分割前の第２の電極６Ａの分割とを同時に行うことができるため、生産性を高めることができる。加えて、分割の回数を少なくすることができるため、分割時における各太陽電池２の汚染を抑制することができる。従って、不良の発生を抑制することができる。
【００３５】
次に、図３（ｅ）に示すように、溝部１ａにおいて、光電変換層５及び第２の電極６から露出している第１の電極４と、隣接する太陽電池２の第２の電極６とを接続するように配線７を設ける。このとき、第２の電極６上に至るように配線７を設けることが好ましい。より具体的には、第２の電極６の上面に至るように配線７を設けることが好ましい。ここで、第２の電極６の上面とは、光電変換層５側とは反対側の第２の電極６の面である。それによって、配線７を介した第１の電極４と第２の電極６との接続の電気抵抗を低くすることができる。よって、太陽電池２間の接続の電気抵抗を低くすることができる。
【００３６】
より好ましくは、第２の電極６の上面に、第２の電極６の全長にわたり、配線７を設けることが望ましい。なお、第２の電極６の全長とは、隣り合う各太陽電池２が対向する方向に沿う全長である。それによって、太陽電池２間の接続の電気抵抗をより一層低くすることができる。
【００３７】
本実施形態の太陽電池モジュール１を製造するに際しては、配線７を格子状に形成する。それによって、太陽電池２間の接続の電気抵抗をより一層低くすることができる。配線７は、例えば、印刷法などにより設けることができる。より具体的には、配線７は、オフセット印刷法やスクリーン印刷法などにより設けることができる。なお、配線７はメッシュ状などの適宜の形状に形成してもよい。
【００３８】
配線７の導電率は、第２の電極６の導電率よりも高いことが好ましい。それによって、太陽電池２間の接続の電気抵抗を効果的に低くすることができる。
【００３９】
図１に戻り、以下において、光電変換層５の詳細を説明する。
【００４０】
本実施形態では、光電変換層５は、有機無機ペロブスカイト化合物を含む。太陽電池２では、この有機無機ペロブスカイト化合物により、光電変換が行われ、電力が取り出される。
【００４１】
光電変換層５は、一般式Ｒ−Ｍ−Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子またはカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む。上記光電変換層に上記有機無機ペロブスカイト化合物を用いることにより、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
【００４２】
上記Ｒは有機分子であり、ＣｌＮｍＨｎ（ｌ、ｍ、ｎはいずれも正の整数）で示されることが好ましい。
【００４３】
上記Ｒは、具体的には例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、エチルメチルアミン、メチルプロピルアミン、ブチルメチルアミン、メチルペンチルアミン、ヘキシルメチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、イミダゾール、アゾール、ピロール、アジリジン、アジリン、アゼチジン、アゼト、アゾール、イミダゾリン、カルバゾール及びこれらのイオン（例えば、メチルアンモニウム（ＣＨ３ＮＨ３）など）やフェネチルアンモニウムなどが挙げられる。なかでも、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン及びこれらのイオンやフェネチルアンモニウムが好ましく、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン及びこれらのイオンがより好ましい。
【００４４】
上記Ｍは金属原子であり、例えば、鉛、スズ、亜鉛、チタン、アンチモン、ビスマス、ニッケル、鉄、コバルト、銀、銅、ガリウム、ゲルマニウム、マグネシウム、カルシウム、インジウム、アルミニウム、マンガン、クロム、モリブデン、ユーロピウムなどが挙げられる。これらの金属原子は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００４５】
上記Ｘはハロゲン原子またはカルコゲン原子であり、例えば、塩素、臭素、ヨウ素、硫黄、セレンなどが挙げられる。これらのハロゲン原子またはカルコゲン原子は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。なかでも、構造中にハロゲンを含有することで、上記有機無機ペロブスカイト化合物が有機溶媒に可溶になり、安価な印刷法などへの適用が可能になることから、ハロゲン原子が好ましい。更に、上記有機無機ペロブスカイト化合物のエネルギーバンドギャップが狭くなることから、ヨウ素がより好ましい。
【００４６】
上記有機無機ペロブスカイト化合物は、体心に金属原子Ｍ、各頂点に有機分子Ｒ、面心にハロゲン原子またはカルコゲン原子Ｘが配置された立方晶系の構造を有することが好ましい。
【００４７】
上記光電変換層５は、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、上記有機無機ペロブスカイト化合物に加えて、更に、有機半導体または無機半導体を含んでいてもよい。なお、ここでいう有機半導体または無機半導体は、電子輸送層またはホール輸送層としての役割を果たしてもよい。
【００４８】
上記光電変換層５は、上記有機半導体または上記無機半導体を含む場合、薄膜状の有機半導体または無機半導体部位と薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位とを積層した積層体であってもよいし、有機半導体または無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合膜であってもよい。製法が簡便である点では積層体が好ましく、上記有機半導体または上記無機半導体中の電荷分離効率を向上させることができる点では複合膜が好ましい。
【００４９】
上記薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位の厚みは、好ましい下限が５ｎｍ、好ましい上限が５０００ｎｍである。上記厚みが５ｎｍ以上であれば、充分に光を吸収することができるようになり、光電変換効率が高くなる。上記厚みが５０００ｎｍ以下であれば、電荷分離できない領域が発生することを抑制できるため、光電変換効率の向上につながる。上記厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は２０ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍである。
【００５０】
なお、光電変換層５の材料及び構成は、特に限定されない。
【００５１】
第１の電極４と光電変換層５との間に、電子輸送層が積層されていることが好ましい。電子輸送層によりホールをブロックし、かつ電子を輸送することができる。よって、光電変換の効率を高めることができる。
【００５２】
光電変換層５と第２の電極６との間に、ホール輸送層が積層されていることが好ましい。それによって、ホール輸送層により電子をブロックし、かつホールを輸送することができる。よって、光電変換の効率を高めることができる。
【００５３】
本実施形態の配線７は、溝部１ａを介して隣り合う太陽電池２が対向する方向に沿って、溝部１ａにおける第１の電極４上に設けられている。配線７は、配線７が第１の電極４に接続されている方の太陽電池２の光電変換層５に接触しないように設けられている。それによって、太陽電池２間の電気的な漏洩や短絡が生じ難い。
【００５４】
なお、図４に示す第１の実施形態の第１の変形例のように、配線１７は、溝部１ａにおいて、第２の電極６及び光電変換層５から露出している第１の電極４に至るように設けられていればよい。
【００５５】
図５に示す第１の実施形態の第２の変形例のように、基板２３は導電体からなっていてもよい。この場合には、基板２３の上に、絶縁層２８を介して複数の太陽電池２が設けられていればよい。導電体からなる基材としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉまたはステンレスなどの適宜の金属もしくは合金を挙げることができる。導電体からなる基材は、上述した金属もしくは合金の金属箔であることが好ましい。
【００５６】
図６に示す第１の実施形態の第３の変形例のように、隣り合う太陽電池３２が対向する方向に沿う溝部１ａの一部において、第１の電極３４が第２の電極６及び光電変換層５から露出していてもよい。このとき、例えば、溝部１ａの一部において、基板３が第１，第２の電極３４，６及び光電変換層５から露出していてもよい。配線７は、溝部１ａにおいて、第２の電極６及び光電変換層５から露出している第１の電極３４上に至るように設けられていればよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…太陽電池モジュール
１ａ…溝部
２…太陽電池
３…基板
４…第１の電極
４Ａ…分割前の第１の電極
５…光電変換層
５Ａ…分割前の光電変換層
６…第２の電極
６Ａ…分割前の第２の電極
７…配線
１７…配線
２３…基板
２８…絶縁層
３２…太陽電池
３４…第１の電極
【図１】
2017152510.tif 000003
【図２】
2017152510.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017152510.tif 000007
【図６】
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