JP4061525B2

JP4061525B2 - 太陽電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP4061525B2
Application number: JP2001305122A
Authority: JP
Inventors: 清雄 ▲斎▼藤
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2021-10-01
Also published as: JP2003110123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【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。同一基板上に形成された複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる光電変換装置の代表例は、薄膜太陽電池である。
【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を用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発も進められている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被覆したフィルム基板を用いたものも開発されている。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金属電極層からなる第１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第１電極層と隣接する透明電極層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電極層と最後の光電変換素子の透明電極層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。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。
【０００７】
図３は、上記公報等に記載された薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものである。図３において、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（金属電極層）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。
【０００８】
図４は、前記とは異なる従来のガラス基板を使用したタイプの直列接続の薄膜太陽電池を示し、図４（ａ）は非受光面側の薄膜太陽電池面の平面図、（ｂ）は断面図を示す。
【０００９】
ガラス基板１には透明電極層ｕ１，ｕ２，ｕ３・・・、光電変換層ｓ１，ｓ２，ｓ３・・・および金属電極層ｅ１，ｅ２，ｅ３・・・が積層され薄膜太陽電池素子が形成されている。その製造方法の概要を以下に述べる。
【００１０】
先ず、基板１に透明電極層ｕを熱ＣＶＤ法により製膜し、レーザ加工法を用いて所定の分割数にパターニングする。このとき同時に、薄膜太陽電池とその周縁も電気的に分離する。
【００１１】
次に、ａ−Ｓｉからなる光発電層ｓをプラズマＣＶＤ法を用いて製膜し、薄膜太陽電池の直列方向に対し直交する方向で、透明電極層ｕのパターニングラインと平行にレーザ加工を行う。
【００１２】
次いで金属電極層ｅをスパッタ法により製膜し、光電変換層ｓのパターニングラインと平行にレーザ加工するとともに、薄膜太陽電池とその周縁の電気的分離を行う。
【００１３】
以上の工程の結果、透明電極層ｕ1、光電変換層ｓ1、金属電極層ｅ1−透明電極層ｕ2、光電変換層ｓ２、金属電極層ｅ２−透明電極層ｕ３、光電変換層ｓ３、金属電極層ｅ３の順の薄膜太陽電池素子（ユニットセル）の直列接続が完成する。
【００１４】
前記のように複数のユニットセルを直列に接続したものをさらに複数個パネル状に構成して薄膜太陽電池モジュールとし、建物の屋根や壁もしくは地上に設けた架台上に設置する。
【００１５】
上記薄膜太陽電池モジュールとしては、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された太陽電池を、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たものが知られている。
【００１６】
図５は、従来の太陽電池モジュールの模式的構造の一例を示す。
【００１７】
図５において、太陽電池２１は、複数個の太陽電池素子が直列または並列接続されており、その受光面側にガラス板（例えば、厚さ３ｍｍ）などの表面保護部材２２、非受光面側に、一弗化エチレン（商品名：テドラー、デュポン社製）を両面に接着したアルミニウム箔からなる裏面保護部材３０が設けられ、接着封止性に優れかつ安価なＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などの接着性樹脂封止材４０により熱融着封止されている。ＥＶＡとしては、例えば厚さ０．４〜０．８ｍｍのシート状ＥＶＡが使用される。このＥＶＡは、前記各部材が積層された後、真空ラミネータを用いて、約１２０℃〜１６０℃の温度で加熱加圧し、接着固定を行った後、１３０℃〜１６０℃の乾燥機中で、加熱硬化される。ガラス板の周囲にはみ出したＥＶＡは切断除去される。
【００１８】
また太陽電池２１は、そのプラス(＋)極とマイナス(−)極に、内部リード線５０、６０が電気的に接続され、この内部リード線５０、６０は、裏面保護部材３０に接着固定された接続端子ボックス７０に、裏面保護部材３０を貫通して導かれ、接続端子ボックス７０の内部で外部リード線としてのケーブル８０の芯線９０、１００と電気接続され、これら全体として太陽電池モジュール１１０を形成している。
【００１９】
なお、前記表面保護部材２２としては、ガラス板などの無機系材料の外に、透明アクリル板などの有機系材料を用いることもある。また、裏面保護部材３０としては、上記以外に、フッ素系フィルムなどの有機系フィルム単体、有機系フィルムと金属箔を貼り合せた複合材料、もしくは金属板やガラス板などの金属・無機系材料を用いることもある。
【００２０】
図２は、図４に示した薄膜太陽電池を用いたモジュールの構成の一例を模式的に示す。図２においては、この発明の説明の便宜上、一部の部材を省略して示す。図２において、２は透光性保護部材としての強化ガラス、３ａおよび３ｂは接着材としてのＥＶＡ、４は薄膜太陽電池、４ａは薄膜太陽電池における金属電極層であって図４における金属電極層ｅに相当する。薄膜太陽電池におけるその他の層は省略してある。
【００２１】
また、図２において、５は裏面保護部材における導電性フィルムとしての例えばアルミニウム箔、６ａは電気絶縁性フィルムとしての例えば一弗化エチレンである。電気絶縁性フィルムの一方は省略してある。７は導電性テープで、薄膜太陽電池における２つの取り出し電極にその一端を接続し、他端は、裏面保護部材に開けた孔から外部に引き出し、裏面保護部材に固定した図示しない端子箱内の外部端子に接続される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の太陽電池モジュールの製造方法においては、下記のような問題がある。
【００２３】
薄膜太陽電池の成膜過程において、基板上に付着しているゴミ等によりピンホールが発生し、前記下電極層（図３の６４）もしくは金属電極層（図４のｅ）と、透明電極層とが電気的に短絡する問題が発生する。その理由は、透明電極層の形成時点でピンホール内にも透明電極が延長して形成されるためと推定されるが、通常は、このピンホールによる局所短絡部は、ユニットセルへの数ボルトの逆バイアスの電圧印加処理により、電気的に分離することができる。その理由は、逆バイアスの電圧印加処理によるジュール熱の発生により、ピンホール内の透明電極が焼却除去されることによるものと推定される。
【００２４】
前記ピンホールによる局所短絡部は、モジュール化工程前の逆バイアス電圧印加処理により除去できるが、モジュール化工程においても、局所短絡が生ずることがある。その原因は下記のとおりである。
【００２５】
接続電極層や金属電極層は延性が大きく、またパターニング幅（絶縁幅）が狭い（０．４ｍｍ程度）ため、モジュール化工程時にスクラッチ等の傷が入ると絶縁溝を横断して電極層が電気的につながることがある。モジュール化工程では、圧力をかけて樹脂封止するので、その際に、薄膜層が擦れ損傷が発生するものと推定される。さらに、図３のような薄膜太陽電池の場合、フレキシブルな高分子基板に太陽電池を形成するが、太陽電池を構成する薄膜自体は基板程曲げに強くなく、ある程度以上の曲率になると、膜が割れて、透明電極層と接続電極層間が短絡することがある。このような微小クラックは、前記した接続電極層や金属電極層間の短絡とは異なり、非可逆的な定常リークとなる。
【００２６】
ところで、上記した薄膜太陽電池モジュールにおいては、そのモジュール化工程において、薄膜太陽電池の前記金属電極層もしくは接続電極層が裏面保護部材に覆われた後には、各太陽電池素子が絶縁層で被覆されるので、逆バイアスの電圧を印加することができない。従って、モジュール化工程中もしくはモジュール完成直前に、ピンホールに基づく前記セルの短絡が発生した場合に、逆バイアス印加による良化処理ができないという問題があった。
【００２７】
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、モジュール完成直前においても、各太陽電池素子への逆バイアス印加による良化処理が可能な太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、接着性樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記裏面保護部材は、導電性フィルムの両面に電気絶縁性フィルムを接着したシートからなり、前記導電性フィルムは、前記複数個の太陽電池素子の金属電極層に対応して電気的に分離し、かつ、前記両面の電気絶縁性フィルムは、前記分離された導電性フィルムの中央部に対応して複数個の孔を有してなり、
前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィルムとを電気的に接続させた状態で、前記接着性樹脂封止材により封止することにより、前記分離された導電性フィルムの太陽電池モジュール裏面側の各中央部が露出した状態のサブモジュールを作成し、
このサブモジュールにおける前記複数個の太陽電池素子に対して、隣接する導電性フィルム間の前記露出部を介して逆バイアスを印加し、逆バイアス印加処理を行った後、前記露出部に樹脂を充填または接着することにより太陽電池モジュールとなすこととする（請求項１の発明）。
【００２９】
上記製造方法によれば、導電性フィルム分割数をユニットセルの数と同じにして、導電性フィルムと薄膜太陽電池サブモジュールを構成する各ユニットセルの金属電極層とを電気的に接続させることにより、モジュール完成直前の逆バイアスによる良化が可能となる。
【００３０】
また、前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし５の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の製造方法において、前記導電性フィルム露出部の太陽電池素子と対向する面に半田を塗布し、前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィルムとを、半田付けにより接続する（請求項２の発明）。さらに、請求項１または２に記載の製造方法において、前記導電性フィルムは、アルミ基板に銀，銅，ニッケル等の導電性被膜を形成してなるものとする（請求項３の発明）。これにより、導電性フィルムと各ユニットセルの金属電極層との電気的接続が容易となる。
【００３１】
さらにまた、請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法において、前記分離された導電性フィルム面の外周部は、アルマイト処理または絶縁層の形成により、電気的絶縁処理面とする（請求項４の発明）。これにより、導電性フィルムの電気的分離状態が確実となり、かつ屋外使用時の耐食性が確保できる。
【００３２】
また、各ユニットセルの損傷を防止する観点から、詳細は後述するように、下記請求項５の発明が好ましい。即ち、請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法において、前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィルムとの電気的接続は、前記太陽電池素子の非発電領域において行なう。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１に基づき、太陽電池モジュールの製造方法の実施例について以下に述べる。
図１（ａ）は太陽電池モジュールにおける前記サブモジュール段階の模式的平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う模式的側断面図、図１（ｃ）および図１（ｄ）は、サブモジュール形成前の中間段階の模式的平面図および側断面図を示す。
【００３４】
まず、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、厚さ２ｍｍの強化ガラス２上に接着剤として厚さ０．４ｍｍのＥＶＡフィルム３ａを置き、薄膜太陽電池４を置く。薄膜太陽電池４のガラス基板は、前記ＥＶＡフィルム３ａ側とし、金属電極層４ａをその逆側とする。なお、強化ガラス２の寸法は、薄膜太陽電池４よりも大きいことが望ましく、また、接着剤であるＥＶＡフィルム３ａは強化ガラス２よりも小さく、薄膜太陽電池４よりも大きいことが望ましい。
【００３５】
ここで、薄膜太陽電池４の取り出し電極は、図１（ｃ）において、各々プラス（＋）、マイナス（−）で示す。
【００３６】
次に、図１（ａ）および図１（ｂ）は、サブモジュール化後の状態を示すが、本図を参照しつつ、後段の工程を以下に述べる。前記図１（ｃ）および図１（ｄ）の段階の薄膜太陽電池モジュールの上部に、接着材として厚さ０．４ｍｍのＥＶＡフィルム３ｂおよび厚さ０．３ｍｍの裏面保護部材を置く。ここで、裏面保護部材は、前述の一弗化エチレンフィルム６ａおよび６ｂを両面に接着したアルミニウムフィルム５からなる。一弗化エチレン６ａ，６ｂおよびアルミニウムフィルム５の厚さは、それぞれ０．１ｍｍである。
【００３７】
ここで、アルミニウムフィルム５は、薄膜太陽電池４の素子数と同じ数だけ電気的に分割されている。また、アルミニウムフィルム表面は、端部から１０ｍｍまでをアルマイト処理により電気的に絶縁している。これは、屋外使用時の耐食性を確保するためである。
【００３８】
前記ＥＶＡフィルム３ｂと、一弗化エチレンフィルム６ａ，６ｂおよびアルミニウムフィルム５とからなる裏面保護部材とは、８０℃程度の低温でプレスすることにより、弱く接着しておく。また、前記ＥＶＡフィルム３ｂおよび２つの一弗化エチレンフィルム６ａ，６ｂには、同じ箇所の表裏のアルミニウムフィルム５が露出するように孔を開けておく。
【００３９】
このアルミニウムフィルム５の表面には半田８を塗布しておき、薄膜太陽電池４を載置したときに、各アルミニウムフィルム露出位置が、各薄膜太陽電池４の金属電極層４ａの中央に位置するようにセットする。
【００４０】
しかる後に、８０℃の低温で仮接着した後、半田コテでアルミニウムフィルム露出部に局部的に熱を加えて半田８を溶かし、薄膜太陽電池４の金属電極層４ａとアルミニウムフィルム５とを電気的に接続する。
【００４１】
最後に、１５０℃の温度でプレスすることにより、接着剤のＥＶＡフィルム３ａおよび３ｂを架橋し、樹脂封止して、サブモジュール化を終了する。図１（ａ）および（ｂ）は、このサブモジュール化が終了した状態を模式的に示す。
【００４２】
上記のようにして作製した薄膜太陽電池サブモジュールは、各ユニットセルの金属電極層４ａがアルミニウムフィルム５に接続されているので、モジュール化後に、逆バイアス印加による各ユニットセルの良化処理が可能となる。
【００４３】
なお、図１に示す薄膜太陽電池サブモジュールのアルミニウムフィルム５の露出部５ａは、図１（ａ）に示すように、金属電極層４ａの下端部の非発電領域に設けられる。また、この露出部は、逆バイアス印加後、樹脂の充填または接着により電気絶縁処理がなされ、これにより、薄膜太陽電池モジュールを完成する。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、前述のように、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、接着性樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記裏面保護部材は、導電性フィルムの両面に電気絶縁性フィルムを接着したシートからなり、前記導電性フィルムは、前記複数個の太陽電池素子の金属電極層に対応して電気的に分離し、かつ、前記両面の電気絶縁性フィルムは、前記分離された導電性フィルムの中央部に対応して複数個の孔を有してなり、
前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィルムとを電気的に接続させた状態で、前記接着性樹脂封止材により封止することにより、前記分離された導電性フィルムの太陽電池モジュール裏面側の各中央部が露出した状態のサブモジュールを作成し、
このサブモジュールにおける前記複数個の太陽電池素子に対して、隣接する導電性フィルム間の前記露出部を介して逆バイアスを印加し、逆バイアス印加処理を行った後、前記露出部に樹脂を充填または接着することにより太陽電池モジュールとなすこととしたので、
モジュール完成直前に、各太陽電池素子への逆バイアス印加による良化処理が可能な太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に関わる製造工程を説明するサブモジュールの模式的構成図
【図２】従来の太陽電池モジュールの構成を簡略化して示す模式的構成図
【図３】薄膜太陽電池の構成の一例を簡略化して示す斜視図
【図４】図３とは異なる薄膜太陽電池の構成例を示す図
【図５】従来の太陽電池モジュールの模式的構造の一例を示す図
【符号の説明】
２：強化ガラス、３ａ，３ｂ：ＥＶＡフィルム、４：薄膜太陽電池、４ａ：金属電極層、５：アルミニウムフィルム、５ａ：露出部、６ａ，６ｂ：一弗化エチレンフィルム、８：半田、２２：表面保護部材、３０：裏面保護部材、４０：接着性樹脂封止材。

Claims

透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、接着性樹脂封止材により封止してなる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記裏面保護部材は、導電性フィルムの両面に電気絶縁性フィルムを接着したシートからなり、前記導電性フィルムは、前記複数個の太陽電池素子の金属電極層に対応して電気的に分離し、かつ、前記両面の電気絶縁性フィルムは、前記分離された導電性フィルムの中央部に対応して複数個の孔を有してなり、
前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィルムとを電気的に接続させた状態で、前記接着性樹脂封止材により封止することにより、前記分離された導電性フィルムの太陽電池モジュール裏面側の各中央部が露出した状態のサブモジュールを作成し、
このサブモジュールにおける前記複数個の太陽電池素子に対して、隣接する導電性フィルム間の前記露出部を介して逆バイアスを印加し、逆バイアス印加処理を行った後、前記露出部に樹脂を充填または接着することにより太陽電池モジュールとなす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１に記載の製造方法において、前記導電性フィルム露出部の太陽電池素子と対向する面に半田を塗布し、前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィルムとを、半田付けにより接続する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１または２に記載の製造方法において、前記導電性フィルムは、アルミ基板に銀，銅，ニッケル等の導電性被膜を形成してなる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１ないし３のいずれかに記載の製造方法において、前記分離された導電性フィルム面の外周部は、アルマイト処理または絶縁層の形成により、電気的絶縁処理面とする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１ないし４のいずれかに記載の製造方法において、前記太陽電池素子の金属電極層と前記分離された導電性フィルムとの電気的接続は、前記太陽電池素子の非発電領域において行なうことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。