JP4650971B2

JP4650971B2 - 薄膜太陽電池の裏面封止方法

Info

Publication number: JP4650971B2
Application number: JP2000347919A
Authority: JP
Inventors: 将史平石
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: JP2002151712A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体薄膜太陽電池に関し、特に、薄膜太陽電池の裏面封止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４と図５は、薄膜太陽電池における従来の裏面封止方法を図解する模式的な断面部分図である。なお、本願の各図において、厚さ、長さ、および幅などは図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。また、各図において同一の参照符号は同一部分または相当する部分を表わしている。
【０００３】
図４に示されているように、従来の薄膜太陽電池の製造においては、一般に厚さ４ｍｍ程度の透明なガラス基板１上に光電変換ユニット層２が形成される。光電変換ユニット層２は一般に数μｍ程度の非常に薄い厚さを有し、基板１上に順に積層された透明導電性酸化物の前面電極層、半導体光電変換層、および裏面金属電極層を含んでいる。さらに、１つの基板上に複数のサブモジュールを含む薄膜太陽電池では（特開２０００−４９３６９参照）、たとえば厚さ約０．２ｍｍ程度の銅箔などからなる電気的な内部配線５が配置される。この内部配線５と光電変換ユニット層２との間には、局所的な絶縁樹脂シート４が挿入される。このような絶縁シート４としては、たとえば厚さ約０．０４ｍｍのＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）膜が用いられ得る。光電変換ユニット層２、絶縁樹脂シート４、および内部配線５のそれぞれの間には、第１と第２の局所的接合樹脂シート３ａと３ｂが配置される。これらの接合樹脂シートとしては、たとえば厚さ約０．６ｍｍで硬化剤を含むＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）シートが用いられ得る。さらに、内部配線５と光電変換ユニット層２の全領域を覆うように全域接合樹脂シート３ｃと複合保護フィルム６ａが封止保護手段として重ねられる。全域接合樹脂シート３ｃも、局所的接合樹脂シート３ａ，３ｂと同様の材料が用いられ得る。
【０００４】
こうして準備された図４の積層体は、真空ラミネータの熱板上に載せられ、そのラミネータは真空排気される。そして、接合樹脂シート３ａ，３ｂ，３ｃの溶融後において、ラミネータ内のダイヤフラムによって複合保護フィルム６ａが押圧される。そのとき、封止樹脂フィルム６ａは柔軟性を有しているので、図５に示されているように、絶縁樹脂シート４と内部配線５が配置された近傍のわずかな凸部で少し湾曲してその凸部に馴染むことができる。
【０００５】
この状態で、溶融した接合樹脂層３の硬化は、真空ラミネータ内で完全に行なわしめることも可能である。しかし、真空ラミネータは高価でありかつ同時に多数枚の薄膜太陽電池を処理できないので、接合樹脂層３が部分的に硬化した段階で薄膜太陽電池が真空ラミネータから取出され、接合樹脂層３の完全な硬化は複数枚の薄膜太陽電池を別途の硬化炉で同時に処理することによって行なわれるのが一般的である。
【０００６】
なお、封止保護手段の形成のために真空ラミネータが利用される理由は、溶融させられた後に硬化させられる封止樹脂層３の境界や内部に気泡が混入することを防止するためである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図４と図５に示されているような従来の封止方法による薄膜太陽電池において、保護フィルム６ａとしては、一般にアルミ箔をＰＶＦ膜でサンドイッチした複合フィルムが用いられる。ここで、アルミ箔がサンドイッチされているのは、水分の透過を効果的に阻止するためである。ところが、このアルミ箔をサンドイッチしているＰＶＦ膜は薄いので、場合によってピンホールや傷が発生し、太陽電池の裏面においてアルミ箔を介するリーク電流を生じることがある。また、水分の存在下においてこのようなリーク電流が流れれば、アルミ箔の腐食が進行することがある。
【０００８】
このような従来技術における課題に鑑み、本発明は、より信頼性の高い薄膜太陽電池の裏面封止方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様による薄膜太陽電池の裏面封止方法においては、ガラス基板上に形成された薄膜光電変換ユニット層の裏面上に、局所的な接合樹脂シート、その上の不織布からなる絶縁シート、その上の内部電気配線用金属箔、および薄膜光電変換ユニット層の裏面全域を覆う全域接合樹脂シートと封止ガラス板を順に重ねた積層体を用意し、この積層体を真空ラミネータの熱板の上に載せて真空排気し、接合樹脂シートの溶融後においてラミネータ内のダイヤフラムによって封止ガラス板を押圧し、最終的に接合樹脂を硬化させることを特徴としている。不織布としては、ガラス繊維または合成繊維が好ましく用いられ得る。
【００１０】
本発明のもう一つの態様による薄膜太陽電池の裏面封止方法においては、ガラス基板上に形成された薄膜光電変換ユニット層の裏面上に、両面が接合樹脂でコーティングされた局所的な絶縁樹脂シート、その上の内部電気配線用金属箔、および薄膜光電変換ユニット層の裏面全域を覆う全域接合樹脂シートと封止ガラス板を順に重ねた積層体を用意し、この積層体を真空ラミネータの熱板上に載せて真空排気し、接合樹脂の溶融後においてラミネータ内のダイヤフラムによって封止ガラス板を押圧し、最終的に接合樹脂を硬化させることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
アルミ箔をＰＶＦ膜でサンドイッチした複合保護フィルム６ａを利用して薄膜太陽電池の裏面を封止する従来の方法における前述の課題に鑑み、本発明者は、その複合保護フィルム６ａの代わりに厚さ３〜４ｍｍ程度の保護ガラス板を利用する封止方法を検討した。なぜならば、ガラス板は複合保護フィルム６ａに比べてはるかに丈夫であり、水分の透過に対しても優れた阻止能力を有しているからである。
【００１２】
そこで本発明者は、まず、模式的な断面部分図である図１に図解されているような薄膜太陽電池の裏面封止方法を試みた。この図１の封止方法においては、複合保護フィルム６ａの代わりに厚さ３ｍｍの封止ガラス板６ｂが用いられたことのみにおいて、図４の方法と異なっていた。
【００１３】
すなわち、図１の場合において、厚さ４ｍｍのガラス基板１上に形成された厚さ数μｍの薄膜光電変換ユニット層２上に、厚さ０．６ｍｍの第１の局所的接合ＥＶＡシート３ａ、厚さ０．０４ｍｍの絶縁ＰＶＦシート４、厚さ０．６ｍｍの第２の局所的接合ＥＶＡシート３ｂ、厚さ０．２ｍｍの内部配線用銅箔５、厚さ０．６ｍｍの全域接合ＥＶＡシート３ｃ、そして保護フィルム６ａに代わる保護ガラス板６ｂが順次に積層された。
【００１４】
ところが、薄膜太陽電池の裏面封止のために保護フィルム６ａの代わりに保護ガラス板６ｂを利用した場合には、別の付随的な問題が生じることが判明した。これは、保護ガラス板６ｂが保護フィルム６ａに比べて剛性が高いことから生じる問題である。
【００１５】
すなわち、図４の場合と同様に真空ラミネータを利用して図１の積層体を封止した場合、封止ガラス板６ｂは、複合保護フィルム６ａに比べて剛性が高いので、第１と第２の局所的接合樹脂シート３ａと３ｂとともに絶縁シート４と内部配線５が配置されたわずかな凸部に馴染んで湾曲することが困難である。その結果として、図２に示されているように、わずかな凸部を形成する絶縁シート４と内部配線５との近傍において、硬化された接合樹脂層３中に気泡７が残留しやすくなることがわかった。
【００１６】
そこで本発明者は、図１において各々が比較的大きな厚さを有する第１と第２の局所的接合ＥＶＡシート３ａと３ｂを用いることなく、絶縁ＰＶＦシートの代わりに厚さ０．０８ｍｍの絶縁ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート４を用いて薄膜太陽電池の裏面封止を試みた。その結果、図３に示されているように、絶縁シート４と内部配線５との配置に伴うわずかな凸状態が低減され、その凸部近傍であっても接合樹脂層３中に残留気泡は観察されなかった。しかし、この場合には、薄膜光電変換ユニット層２、絶縁シート４、および内部配線用金属箔のそれぞれの間に接合樹脂３が含浸せず、それぞれの間の接合が達成されなくて不安定になるという問題が生じた。
【００１７】
上述のように従来の封止複合保護フィルム６ａの代わりに封止保護ガラス板６ｂを用いることに伴って生ずる付随的な問題に鑑みて、本発明者がさらに検討した結果、以下のような工夫を施すことによってそれらの付随的問題をも解消し得ることを見出した。
【００１８】
まず本発明者は、第１の工夫として、図１において第１の局所的接合樹脂シート３ａとして厚さ０．４ｍｍのＥＶＡシートを用いるとともに、絶縁シート４として厚さ０．２ｍｍのガラス繊維不織布が用いられた。そして、第２の局所的接合樹脂シート３ｂが省略された。
【００１９】
このような工夫を施した積層体から真空ラミネータを利用して裏面封止された薄膜太陽電池を作製したところ、図３に示されているように、絶縁シート４と内部配線５との配置に伴うわずかな凸状態が低減され、その凸部近傍であっても接合樹脂層３中に残留気泡は観察されなかった。しかも、この場合には、第１の局所的接合ＥＶＡシート３ａが溶融したときにガラス繊維不織布４内に含浸し、その局所的ＥＶＡシート３ａの厚さの影響が低減するとともに、薄膜光電変換ユニット層２と不織布絶縁シート４との間のみならず不織布絶縁シート４と金属箔５との間の安定な接合をも実現することができた。
【００２０】
第２の工夫としては、図１において絶縁シート４として両面がＥＶＡコーティングされたＰＥＴ絶縁シートが用いられ、それは０．２ｍｍの厚さを有していた。そして、第１と第２の局所的接合樹脂シート３ａと３ｂが省略された。
【００２１】
このような第２の工夫を施した積層体から真空ラミネータを利用して裏面封止された薄膜太陽電池においても、図３に示されているように、絶縁シート４と内部配線５との配置に伴うわずかな凸状態が低減され、その凸部近傍であっても接合樹脂層３中に残留気泡は観察されなかった。しかも、この場合には、ＰＥＴ絶縁シート４の両面がＥＶＡによってコーティングされていたので、薄膜光電変換ユニット層２と絶縁シート４との間のみならずその絶縁シート４と金属箔５との間の安定な接合をも実現することができた。
【００２２】
なお、上述の第１の工夫においては不織布４としてガラス不織布を用いた例が説明されたが、その他の合成繊維の不織布を用いても同様な効果を得ることができることは言うまでもない。
【００２３】
また、以上において接合樹脂シートとして硬化剤を含むＥＶＡシートを用いた例が説明されたが、たとえば硬化剤を含むＰＶＢ（ポリビニルブチラール）シートのように他の適当な接合樹脂シートをも用いることができる。
【００２４】
さらに、上述の局所的接合シートの大きさは、望まれる場合には、光電変換ユニット層の裏面全域を覆う大きさであってもよいことは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来に比べて信頼性の高い薄膜太陽電池の裏面封止方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】保護ガラス板を用いて薄膜太陽電池の裏面を封止する方法を図解する模式的な断面部分図である。
【図２】図１に示された積層体を真空ラミネータを用いて封止した結果の一例を示す模式的な断面部分図である。
【図３】図１中の局所的接合樹脂シート３ａと３ｂの少なくとも一方を省略して薄膜太陽電池の裏面を封止した結果を示す模式的な断面部分図である。
【図４】従来の薄膜太陽電池の裏面封止方法を図解する模式的な断面部分図である。
【図５】図４に示された積層体を真空ラミネータで封止した結果を示す模式的な断面部分図である。
【符号の説明】
１ガラス基板、２光電変換ユニット層、３接合樹脂層、３ａ，３ｂ局所的接合樹脂シート、３ｃ全域接合樹脂シート、４局所的絶縁シート、５電気配線用金属箔、６ａ複合保護フィルム、６ｂ保護ガラス板。

Claims

ガラス基板上に形成された薄膜光電変換ユニット層の裏面上に、局所的な接合樹脂シート、その上の不織布からなる絶縁シート、その上の内部電気配線用金属箔、および前記薄膜光電変換ユニット層の裏面全域を覆う全域接合樹脂シートと封止ガラス板を順に重ねた積層体を用意し、
前記積層体を真空ラミネータの熱板の上に載せて真空排気し、
前記接合樹脂シートの溶融後において前記ラミネータ内のダイヤフラムによって前記封止ガラス板を押圧し、
最終的に前記接合樹脂を硬化させることを特徴とする薄膜太陽電池の裏面封止方法。
前記不織布はガラス繊維または合成繊維からなる請求項１に記載の薄膜太陽電池の裏面封止方法。
ガラス基板上に形成された薄膜光電変換ユニット層の裏面上に、両面が接合樹脂でコーティングされた局所的な絶縁樹脂シート、その上の内部電気配線用金属箔、および前記薄膜光電変換ユニット層の裏面全域を覆う全域接合樹脂シートと封止ガラス板を順に重ねた積層体を用意し、
前記積層体を真空ラミネータの熱板上に載せて真空排気し、
前記接合樹脂の溶融後において前記ラミネータ内のダイヤフラムによって前記封止ガラス板を押圧し、
最終的に前記接合樹脂を硬化させることを特徴とする薄膜太陽電池の裏面封止方法。