WO2023224005A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure relates to a solar cell module and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solar cell module in which a photoelectric conversion layer is formed on an insulating substrate such as a glass substrate, and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a solar cell including a substrate, an element part formed on the substrate, and a sealing body for sealing the element part, and in which a plurality of unit cells of perovskite solar cells are formed as the element part. module is disclosed.
  • Patent Document 1 discloses the use of a resin such as butyl rubber as a sealant.
  • Patent Document 2 discloses a structure in which an organic EL display device has two glass substrates bonded together using a glass frit formed in a line shape, and an organic thin film layer serving as a light emitting layer is sealed. Patent Document 2 discloses that in order to harden the glass frit, a laser beam is irradiated along the lines of the glass frit, and that an ultraviolet curing resin is used in a second sealing area where metal wiring is arranged. Disclosed.
  • a solar cell module is provided with an extraction electrode layer for extracting electrical energy from the photoelectric conversion layer, but if a glass frit is provided in the area where the extraction electrode layer is placed and heated by laser irradiation, etc., the electrode layer may be damaged. The problem is that the resistance increases.
  • a solar cell module that is an embodiment of the present disclosure includes a first substrate, a first electrode layer provided on the first substrate, a photoelectric conversion layer provided on the first electrode layer, and a photoelectric conversion layer provided on the photoelectric conversion layer.
  • a second electrode layer provided on the first substrate; an extraction electrode layer provided on the first substrate in a region that does not overlap with the photoelectric conversion layer when the substrate is viewed from above, and in which a metal layer and a transparent conductive layer are laminated;
  • a second substrate provided to cover the first electrode layer, the photoelectric conversion layer, the second electrode layer, and the extraction electrode layer; and a glass frit section provided between the second substrate and the extraction electrode layer.
  • a method for manufacturing a solar cell module that is an embodiment of the present disclosure includes forming a first electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a second electrode layer in this order on a first substrate, and in a plan view of the first substrate.
  • an increase in resistance can be suppressed in a solar cell module in which a glass frit is provided in a region where an extraction electrode layer is arranged.
  • a glass frit is provided in a region where an extraction electrode layer is arranged.
  • the sealing Performance is greatly improved.
  • FIG. 1 is a plan view of a solar cell module that is an example of an embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view of a solar cell module that is an example of an embodiment, showing a cross-sectional structure of a portion where solar cells are formed.
  • 1 is a cross-sectional view of a solar cell module that is an example of an embodiment, showing a cross-sectional structure at an end of the module.
  • 1 is a cross-sectional view of a solar cell module that is an example of an embodiment, showing a cross-sectional structure at an end of the module.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method for manufacturing a solar cell module, which is an example of an embodiment. It is a sectional view of the solar cell module which is another example of an embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a solar cell module 1 as an example of an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell module 1, showing a cross section of a portion where cells 2 are formed.
  • illustration of the second substrate 11 is omitted, and the outline of the second substrate 11 is illustrated with a dashed line.
  • the solar cell module 1 includes a cell 2 including a photoelectric conversion layer 20, a first electrode layer 30, and a second electrode layer 40, a first substrate 10, and a first substrate 10.
  • a second substrate 11 that is placed opposite to each other and covers the cell 2 is provided.
  • the solar cell module 1 further includes an extraction electrode layer 50 for extracting electrical energy from the cell 2, and a glass frit section 60 for bonding the two substrates together.
  • the glass frit section 60 is provided between the second substrate 11 and the extraction electrode layer 50 and functions as a sealing material that seals the cell 2.
  • a light-transmitting substrate is used as the first substrate 10.
  • the first substrate 10, the second substrate 11, and the cell 2 are formed into a rectangular shape in plan view, and the second substrate 11, which is one size smaller than the first substrate 10, covers the entire cell 2 formed on the first substrate 10. is covered.
  • the first substrate 10 and the second substrate 11 a conductive substrate with an insulating layer formed on the surface may be used, but an insulating substrate is preferably used.
  • the first substrate 10 is preferably made of a material that is transparent to sunlight having a wavelength of 400 nm or more and 1000 nm or less, and has a low water vapor transmission rate. Further, a glass substrate is preferred from the viewpoint of adhesiveness and heat resistance in the glass frit fusing process.
  • the thickness of the first substrate 10 is, for example, 0.3 mm or more and 3 mm or less.
  • the second substrate 11 is preferably transparent to laser light, and may be a transparent substrate such as a glass substrate. Like the first substrate 10, the second substrate 11 is preferably made of a material with low water vapor permeability. The thickness of the second substrate 11 may be less than or equal to the thickness of the first substrate 10. Note that a gas barrier layer such as an alumina layer may be formed on the surfaces of the first substrate 10 and the second substrate 11. In this embodiment, flat and transparent glass substrates are used as the first substrate 10 and the second substrate 11.
  • the solar cell module 1 includes a first electrode layer 30 provided on a first substrate 10, a photoelectric conversion layer 20 provided on the first electrode layer 30, and a second electrode provided on the photoelectric conversion layer 20. layer 40.
  • the cell 2 is configured by the photoelectric conversion layer 20, the first electrode layer 30, and the second electrode layer 40.
  • an extraction electrode layer 50 is provided on the first substrate 10, in a region that does not overlap with the photoelectric conversion layer 20 when the substrate is viewed from above.
  • the extraction electrode layer 50 has a multilayer structure in which a metal layer 52 and a transparent conductive layer are laminated.
  • the transparent conductive layer is provided closer to the second substrate 11 than the metal layer 52, and is in contact with the glass frit portion 60 (see FIG. 3, which will be described later).
  • the glass frit part 60 covers the photoelectric conversion layer 20 (cell 2) when viewed from the Z direction, which is the lamination direction of the first electrode layer 30, the photoelectric conversion layer 20, and the second electrode layer 40. It is arranged in a ring around it.
  • the extraction electrode layer 50 extends from two opposing sides of the cell 2 in a direction away from each other, and is formed beyond the range covered by the second substrate 11 to near the end of the first substrate 10 .
  • the glass frit section 60 includes a first region provided between the second substrate 11 and the extraction electrode layer 50 and a second region provided between the first substrate 10 and the second substrate 11. Like the first substrate 10 and the second substrate 11, the glass frit section 60 has a low water vapor permeability and exhibits excellent sealing performance.
  • a sealed internal space 4 is formed by a first substrate 10, a second substrate 11, and a glass frit part 60.
  • Cell 2 is arranged in this interior space 4.
  • the distance between the first substrate 10 and the second substrate 11 is, for example, 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and a gap exists between the cell 2 and the second substrate 11.
  • the interior space 4 of the solar cell module 1 may be filled with an inert gas such as nitrogen gas. Alternatively, it may be filled with a resin such as ethylene/vinyl acetate copolymer (EVA) resin, silicone resin, or polyolefin.
  • EVA ethylene/vinyl acetate copolymer
  • FIG. 2 shows an example of a suitable layer structure of a solar cell
  • the layer structure of the cell is not limited to this.
  • the cell 2 is composed of a plurality of unit cells 3 connected in series.
  • a plurality of unit cells 3 are arranged in the X direction, which is the first direction along the surface of the first substrate 10, and are continuous in the Y direction (see FIG. 1) orthogonal to the X direction.
  • Each unit cell 3 includes a pair of electrodes (a first electrode layer 30 and a second electrode layer 40) and a photoelectric conversion layer 20 disposed between the pair of electrodes.
  • the cell 2 is, for example, a perovskite solar cell.
  • the first substrate 10 has optical transparency, and the photoelectric conversion layer 20 absorbs light entering the module from the first substrate 10 side to generate electricity.
  • the first electrode layer 30 has light transparency and does not block light from entering the photoelectric conversion layer 20.
  • the light transmittance of the first electrode layer 30 is, for example, 85% or more in the wavelength range of 450 nm or more and 900 nm or less. Further, the sheet resistance of the first electrode layer 30 is preferably 40 ⁇ / ⁇ or less, and may be 10 ⁇ / ⁇ or less.
  • the first electrode layer 30 preferably has a single-layer structure made of a transparent conductive layer. As will be described in detail later, the transparent conductive layer is made of a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • the second electrode layer 40 does not need to have optical transparency and includes a metal layer 42 and a transparent conductive layer.
  • the second electrode layer 40 includes a first transparent conductive layer 41 and a second transparent conductive layer 43 as transparent conductive layers, and in order from the first substrate 10 side, the transparent conductive layer 41, the metal layer 42, and the transparent conductive layer It has a multilayer structure in which 43 layers are laminated.
  • the metal layer is made of metals such as aluminum, nickel, copper, and silver, or alloys thereof.
  • the photoelectric conversion layer 20 includes an electron transport layer 21 , a light absorption layer 22 disposed on the electron transport layer 21 , and a hole transport layer 23 disposed on the light absorption layer 22 .
  • the photoelectric conversion layer 20 has a multilayer structure in which an electron transport layer 21, a light absorption layer 22, and a hole transport layer 23 are laminated in order from the first substrate 10 side, except for a portion where a groove is formed, which will be described later.
  • the light absorption layer 22 includes, for example, a perovskite compound represented by the composition formula ABX 3 (wherein A is a monovalent cation, B is a divalent cation, and X is a halogen anion).
  • Examples of the electron transport material constituting the electron transport layer 21 include anatase titanium oxide, tin oxide, and the like.
  • Hole transport layer 23 includes a hole transport material having redox sites.
  • the hole transport material constituting the hole transport layer 23 is, for example, 2,2',7,7'-tetrakis(N,N'-di-p-methoxyphenylamino)-9,9'-spirobifluorene. (Spiro-OMeTAD), etc. are exemplified.
  • a in the perovskite compound (ABX 3 ) is a monovalent cation represented by R 1 R 2 R 3 --NH.
  • R 1 and R 2 are H and R 3 is CH 3 , A becomes methylammonium (CH 3 NH 3 ).
  • the functional groups R 1 , R 2 , and R 3 contain, for example, at least one element selected from carbon, hydrogen, nitrogen, and oxygen. When the functional groups R 1 , R 2 and R 3 contain carbon atoms, the total number of carbon atoms in the functional groups R 1 , R 2 and R 3 is preferably 4 or less.
  • the functional groups R 1 , R 2 and R 3 may contain Group 1 elements such as Rb and Cs.
  • B in ABX 3 is a divalent cation as described above.
  • B is, for example, a transition metal or a divalent cation of a Group 13 element, a Group 14 element, or a Group 15 element.
  • Specific examples of B include Pb 2+ , Ge 2+ , and Sn 2+ .
  • B may contain at least one selected from Pb 2+ and Sn 2+ , and a portion of Pb 2+ and Sn 2+ may be substituted with other elements. Examples of the substitution elements include Bi, Sb, In, Ge, and Ni.
  • X in ABX 3 is at least one selected from Cl, Br, and I.
  • perovskite compounds include CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 CH 2 NH 3 PbI 3 , NH 2 CHNH 2 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CsPbI 3 , CsPbBr 3 , and the like.
  • the first electrode layer 30 of the unit cell 3A is electrically connected to the second electrode layer 40 of the unit cell 3B adjacent in the X direction. Further, the first electrode layer 30 of the unit cell 3B is electrically connected to the second electrode layer 40 of the unit cell 3C. In this way, the plurality of unit cells 3 are connected in series along the X direction. Further, the cell 2 has a plurality of grooves 24, 25, and 26. The grooves 24, 25, and 26 are formed, for example, to extend in the Y direction and to be substantially parallel to each other. Each groove can be formed by a conventionally known scribing method or the like.
  • the groove 24 is a groove that divides the electron transport layer 21 and the first electrode layer 30 of each unit cell 3.
  • the width of the groove 24 is, for example, 20 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the groove 25 divides the light absorption layer 22, hole transport layer 23, and second electrode layer 40 of each unit cell 3. Note that the groove 25 only needs to divide the second electrode layer 40 of each unit cell 3, and the light absorption layer 22 and the hole transport layer 23 do not need to be divided by the groove 25.
  • the width of the groove 25 is, for example, 30 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less. In this embodiment, it is assumed that each unit cell 3 is partitioned by grooves 24 and 25.
  • the groove 26 is formed to penetrate the light absorption layer 22 and the hole transport layer 23 and expose the electron transport layer 21.
  • a second electrode layer 40 connected to the electron transport layer 21 of the adjacent unit cell 3 is formed in the groove 26 .
  • the second electrode layer 40 is electrically connected to the first electrode layer 30 of the adjacent unit cell 3. That is, the groove 26 functions as a groove for connecting the unit cells.
  • the width of the groove 26 is, for example, 150 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the cell 2 is manufactured, for example, by the following method.
  • (1) The first electrode layer 30 and the electron transport layer 21 are formed in this order on the first substrate 10.
  • (2) Part of the first electrode layer 30 and the electron transport layer 21 is laser scribed to form the groove 24 .
  • Parts of the light absorption layer 22 and the hole transport layer 23 are mechanically scribed to form grooves 26 .
  • Part of the light absorption layer 22, hole transport layer 23, and second electrode layer 40 is mechanically scribed to form grooves 25.
  • the electron transport layer 21, the light absorption layer 22, and the hole transport layer 23 can be formed, for example, by applying a solution containing dissolved raw materials to the surface of the first substrate 10. These layers may be formed by spin coating.
  • the thickness of each layer is not particularly limited, but is, for example, 10 nm or more and 100 nm or less.
  • FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views of both ends in the X direction of the solar cell module 1 on which the extraction electrode layer 50 is formed.
  • the extraction electrode layer 50 is a conductive layer including a metal layer 52 and a transparent conductive layer.
  • the extraction electrode layer 50 is formed extending from the inner space 4 beyond the position where the glass frit part 60 is provided and extending over the edge of the first substrate 10 .
  • the extraction electrode layer 50 is arranged on the first substrate 10 in a region that does not overlap with the photoelectric conversion layer 20 (cell 2) when the substrate is viewed from above. In other words, a conductive layer formed in a region that does not overlap with the photoelectric conversion layer 20 and drawn out from the internal space 4 is the extraction electrode layer 50 .
  • the extraction electrode layer 50 having a multilayer structure including the metal layer 52 and the transparent conductive layer by using the extraction electrode layer 50 having a multilayer structure including the metal layer 52 and the transparent conductive layer, the adhesion with the glass frit part 60 is improved, and an increase in resistance of the extraction electrode layer 50 is suppressed. be done.
  • the extraction electrode layer 50 includes an extraction electrode layer 50A (see FIG. 3) electrically connected to the first electrode layer 30, and an extraction electrode layer 50B (see FIG. 4) electrically connected to the second electrode layer 40. including.
  • the extraction electrode layer 50A is formed at a first end in the X direction of the first substrate 10, and the extraction electrode layer 50B is formed at a second end in the X direction opposite to the first end.
  • the extraction electrode layers 50A and 50B both include a metal layer 52 and a transparent conductive layer, and have the same layer structure.
  • the transparent conductive layer constituting the extraction electrode layer 50 preferably includes a first transparent conductive layer 51 and a second transparent conductive layer 53.
  • the extraction electrode layer 50 has a multilayer structure in which a transparent conductive layer 51, a metal layer 52, and a transparent conductive layer 53 are laminated in order from the first substrate 10 side. That is, the extraction electrode layer 50 has a three-layer structure in which a metal layer 52 is sandwiched between transparent conductive layers 51 and 53.
  • a glass frit section 60 is provided between the second substrate 11 and the extraction electrode layer 50, and the glass frit section 60 is in contact with the transparent conductive layer 53.
  • the second electrode layer 40 has a multilayer structure similar to the extraction electrode layer 50.
  • the second electrode layer 40 includes a first transparent conductive layer 41, a metal layer 42, and a second transparent conductive layer 43, which are laminated on the photoelectric conversion layer 20 in this order from the first substrate 10 side.
  • the extraction electrode layer 50B electrically connected to the second electrode layer 40 is formed continuously with the second electrode layer 40 and is separated from the first electrode layer 30 by the groove 24.
  • the extraction electrode layer 50A electrically connected to the first electrode layer 30 is formed continuously with the first electrode layer 30 and separated from the second electrode layer 40 by the groove 25.
  • each layer of the extraction electrode layer 50 is formed at the same time as the first electrode layer 30 and the second electrode layer 40, and after the film formation, the grooves 24 and 25 are formed to form the first electrode layer 30 or the second electrode layer 40. It is divided into 40.
  • the extraction electrode layer 50 may be connected to a part of the electrode layer formed on the photoelectric conversion layer 20 in a region adjacent to the grooves 24 and 25. Since a part of the electrode layer has an extremely small area, it does not affect the characteristics of the photoelectric conversion layer 20.
  • the transparent conductive layers 51 and 53 are generally made of a transparent conductive oxide in which a metal oxide such as indium oxide or zinc oxide is doped with tungsten, tin, antimony, or the like.
  • a suitable transparent conductive oxide is indium tin oxide (ITO).
  • the transparent conductive layers 51 and 53 are formed with substantially the same composition and the same thickness, for example, by sputtering.
  • An example of the thickness of the transparent conductive layers 51 and 53 is 30 nm or more and 300 nm or less. Since the transparent conductive layers 51 and 53 are formed simultaneously with the transparent conductive layers of the first electrode layer 30 and the transparent conductive layers 41 and 43 of the second electrode layer 40, each transparent conductive layer has substantially the same composition. .
  • the constituent material of the metal layer 52 is, for example, metal such as aluminum, nickel, copper, silver, or an alloy thereof. Among them, it is preferable to use silver.
  • the metal layer 52 may have a single layer structure or a multilayer structure. An example of the thickness of the metal layer 52 is 80 nm or more and 500 nm or less.
  • the metal layer 52 may be formed by, for example, sputtering, vapor deposition, or the like, or may be formed by a plating method. Since the metal layer 52 is deposited at the same time as the metal layer 42 of the second electrode layer 40, the metal layers 42 and 52 have substantially the same composition.
  • the extraction electrode layer 50A is formed by overlapping three layers separated from the second electrode layer 40 by the groove 25 and a transparent conductive layer continuous from the first electrode layer 30.
  • the extraction electrode layer 50B is formed by overlapping three layers continuous with the second electrode layer 40 and a transparent conductive layer separated from the first electrode layer 30 by the groove 24. That is, the transparent conductive layer 51 interposed between the first substrate 10 and the metal layer 52 is a transparent conductive layer derived from the first electrode layer 30 and the second electrode layer 40, and its thickness is equal to that of the second electrode layer 51. The thickness is greater than the thickness of the transparent conductive layer 53 derived only from the layer 40.
  • the glass frit section 60 includes a first region provided between the second substrate 11 and the extraction electrode layer 50 and a second region provided between the first substrate 10 and the second substrate 11.
  • the first region is in close contact with the second substrate 11 and the extraction electrode layer 50
  • the second region is in close contact with the first substrate 10 and the second substrate 11.
  • the glass frit portion 60 is formed in a thin line shape surrounding the entire circumference of the cell 2 and functions as a sealing material that seals the cell 2.
  • the width of the glass frit portion 60 is not particularly limited, as an example, it is 0.1 mm or more and 1 mm or less.
  • the thickness of the glass frit portion 60 is greater than the total thickness of the photoelectric conversion layer 20 and the extraction electrode layer 50.
  • the glass frit section 60 is made of a glass frit material whose main component is glass having a lower melting point than the glass constituting the first substrate 10 and the second substrate 11 .
  • the glass frit material is, for example, a low melting point glass powder, and most of the individual glass fine particles have a particle size of 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the composition of the low melting point glass is not particularly limited.
  • the low melting point glass is, for example, mainly composed of SiO2 , Mg, Ca, Ba, Li, K, Na, Zn, Te, V, B, Pb, Al, Sn, P, Ru, Fe, Cu, Ti, It may contain at least one element selected from W, Bi, and Sb. Further, the glass frit material may contain a predetermined filler or additive.
  • the glass frit section 60 is formed by forming a line of glass frit material on the first substrate 10 or the second substrate 11, overlapping the two substrates, and then applying laser irradiation along this line. It is formed by doing.
  • the glass frit material is melted by laser irradiation, and the glass particles adhere to each other, as well as to the substrate and the extraction electrode layer 50, forming a dense glass frit portion 60 with a low water vapor transmission rate.
  • the glass frit section 60 is a laser welding section that is melted and solidified by laser irradiation to bond two substrates together.
  • the glass frit part 60 is arranged on the transparent conductive layer 53 of the extraction electrode layer 50 in the first region. That is, the glass frit part 60 is not in contact with the metal layer 52, and the transparent conductive layer 53 is interposed between the glass frit part 60 and the metal layer 52.
  • the transparent conductive layer 53 has a coefficient of linear expansion closer to that of glass than the metal layer 52, and also has higher heat resistance. Therefore, by arranging the glass frit part 60 on the transparent conductive layer 53, the adhesion of the glass frit part 60 to the extraction electrode layer 50 is improved. Note that the transparent conductive layer 51 interposed between the first substrate 10 and the metal layer 52 improves the adhesion of the extraction electrode layer 50 to the first substrate 10.
  • the glass frit part 60 is heated by laser irradiation, but at this time, the extraction electrode layer 50 that overlaps the glass frit part 60 also becomes high temperature, and the metal layer 52 may be damaged by the heat.
  • the metal layer 52 since the metal layer 52 is sandwiched between the transparent conductive layers 51 and 53, even if the metal layer 52 is damaged, the transparent conductive layers 51 and 53 maintain a good conductive path, and the extraction electrode layer 50 Resistance increase is sufficiently suppressed. Although this effect can be obtained even when only one of the transparent conductive layers 51 and 53 is provided, by providing the transparent conductive layers 51 and 53 sandwiching the metal layer 52, the effect of suppressing the increase in resistance becomes more remarkable.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the first end of the solar cell module 1 in the X direction.
  • the manufacturing process of the solar cell module 1 includes, for example, the following steps.
  • (1) The first electrode layer 30, the photoelectric conversion layer 20, and the second electrode layer 40 are formed in this order on the first substrate 10, and an area that does not overlap with the photoelectric conversion layer 20 in a plan view of the first substrate 10
  • On the first substrate 10 A third step (4) of placing the second substrate 11 in the glass frit material 60z and bringing the extraction electrode layer 50 prepared in the first step into contact with the glass frit material 60z prepared in the second step.
  • the cell 2 including the first electrode layer 30, the photoelectric conversion layer 20, and the second electrode layer 40 is manufactured by the method described above.
  • the extraction electrode layer 50 is formed simultaneously with the first electrode layer 30 and the second electrode layer 40, and in this embodiment, like the second electrode layer 40, the transparent conductive layer 51, the metal layer 52, and the transparent conductive layer Contains 53.
  • the second electrode layer 40 and the extraction electrode layer 50 may have a single layer structure consisting of the metal layer 42.
  • the glass frit material 60z is applied, for example, in the form of a paste containing an organic solvent onto the second substrate 11, and then the solvent is volatilized and removed by heat treatment.
  • the paste of the glass frit material 60z is applied onto the second substrate 11 by a conventionally known printing method.
  • the paste of the glass frit material 60z may be applied on the first substrate 10 on which the extraction electrode layer 50 is formed, but from the viewpoint of suppressing the thermal influence on the cell 2, etc., it may be applied on the second substrate 11. It is preferable that It is preferable that the glass frit material 60z is formed in a single line along the periphery of the second substrate 11 and in an annular shape.
  • the glass frit part 60z is placed on the extraction electrode layer 50 by overlapping the second substrate 11 with the surface provided with the glass frit part 60z facing the first substrate 10 side.
  • the glass frit material 60z is arranged in a first region disposed between the second substrate 11 and the extraction electrode layer 50 and in a second region disposed between the first substrate 10 and the second substrate 11. A region is formed. The glass frit portion 60z in the first region is then in contact with the transparent conductive layer 53 of the extraction electrode layer 50.
  • the glass frit material 60z is irradiated with laser light ⁇ through the second substrate 11 from the opposite side of the metal layer.
  • the laser light ⁇ has a wavelength of, for example, 800 nm or more and 1500 nm or less.
  • the laser beam ⁇ is irradiated from the second substrate 11 side along the line of the glass frit material 60z.
  • the glass frit material 60z melts, and the glass particles constituting the frit material come into close contact with each other, and the glass particles also come into close contact with the first substrate 10, the second substrate 11, and the extraction electrode layer 50.
  • a YAG laser is used as the laser device.
  • the glass frit material 60z is melted by irradiation with the laser beam ⁇ , and a glass frit portion 60 that functions as a sealing material is formed.
  • the metal layer 52 of the extraction electrode layer 50 is heated and damaged, but since the metal layer 52 is sandwiched between the transparent conductive layers 51 and 53, for example, the metal layer 52 may be broken. Also, a good conductive path is maintained by the transparent conductive layers 51 and 53. As a result, an increase in resistance of the extraction electrode layer 50 is sufficiently suppressed.
  • FIG. 6 is a sectional view showing a modification of the above embodiment.
  • the embodiment illustrated in FIG. 6 has the above-described features in that the extraction electrode layer 50 has a three-layer structure including a metal layer 52 and transparent conductive layers 51 and 53, and the glass frit part 60 is in contact with the transparent conductive layer 53. This is common to the embodiment.
  • the second electrode layer 40 has a single layer structure made of a transparent conductive layer
  • the first electrode layer 30 has a three layer structure including a metal layer 32 and transparent conductive layers 31 and 33, which is different from the above embodiment. different.
  • the extraction electrode layer 50 is formed continuously with the first electrode layer 30.
  • the transparent conductive layer 53 interposed between the metal layer 52 and the glass frit part 60 is a transparent conductive layer derived from the first electrode layer 30 and the second electrode layer 40, and its thickness is is larger than the thickness of the transparent conductive layer 51 derived only from the first electrode layer 30.
  • the configuration is such that light can enter from the second substrate 11 side, and for example, a hole transport layer 23 is formed between the first electrode layer 30 and the light absorption layer 22, and the hole transport layer 23 is formed between the first electrode layer 30 and the light absorption layer 22.
  • An electron transport layer 21 is formed between the second electrode layers 40 .
  • the glass frit part 60 is annularly provided over the entire circumference of the cell 2 including the area where the extraction electrode layer 50 is formed, so that excellent sealing is achieved. Performance can be obtained.
  • a durability test was conducted under conditions of a temperature of 85° C. and a humidity of 85% using a calcium film with the above three-layered extraction electrode layer 50 connected to both ends. Ta.
  • the structure tested was the same as the structure of solar cell module 1 except that a calcium film was used instead of cell 2. If the calcium film does not have excellent sealing performance and absorbs water, the resistance of the calcium film increases significantly, but no increase in resistance was observed in this durability test. That is, it was demonstrated that the solar cell module 1 has excellent sealing performance.
  • the extraction electrode layer 52 of the extraction electrode layer 50 is protected by the transparent conductive layers 51 and 53 sandwiching the metal layer 52. 50 resistance increase is highly suppressed.

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Abstract

実施形態の一例である太陽電池モジュール（１）は、第１基板（１０）と、第２基板（１１）と、光電変換層（２０）と、第１電極層（３０）と、第２電極層（４０）と、取り出し電極層（５０）とを備える。取り出し電極層（５０）は、互いに積層された金属層および透明導電層を含み、第１基板（１０）上において、当該基板を平面視したときに光電変換層（２０）と重ならない領域に設けられている。太陽電池モジュール（１）は、さらに、第２基板（１１）と取り出し電極層（５０）との間に設けられたガラスフリット部（６０）を備える。

Description

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
　本開示は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関し、より詳しくはガラス基板等の絶縁基板上に光電変換層が成膜された太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
　従来、ガラス基板等の絶縁基板上に光電変換層が形成されてなる太陽電池モジュールが知られている。例えば、特許文献１には、基板と、基板上に形成された素子部と、素子部を封止する封止体とを備え、素子部としてペロブスカイト太陽電池のユニットセルが複数形成された太陽電池モジュールが開示されている。特許文献１には、封止体としてブチルゴム等の樹脂を用いることが開示されている。
　また、特許文献２には、有機ＥＬ表示装置において、ライン状に形成したガラスフリットにより２枚のガラス基板を貼り合わせ、発光層である有機薄膜層を封止した構造が開示されている。特許文献２には、ガラスフリットを硬化させるために、ガラスフリットのラインに沿ってレーザー光を照射すること、および金属配線が配置される第２の封止領域には紫外線硬化樹脂を用いることが開示されている。
特開２０１９－０２１９１３号公報 特開２０１１－０５４４７７号公報
　上記のように、ガラスフリットを硬化させるためには、例えば、レーザー照射による加熱が必要であるところ、本発明者らの検討の結果、金属配線にレーザー光を照射すると配線が損傷して抵抗が上昇することが分かった。このため、特許文献２の装置では、金属配線が配置される第２の封止領域にはガラスフリットの代わりに紫外線硬化樹脂を用いている。
　太陽電池モジュールには、光電変換層から電気エネルギーを取り出すための取り出し電極層が設けられるが、取り出し電極層が配置される領域にガラスフリットを設けてレーザー照射等により加熱すると、電極層が損傷して抵抗が上昇するという課題がある。
　本開示の一態様である太陽電池モジュールは、第１基板と、第１基板上に設けられた第１電極層と、第１電極層上に設けられた光電変換層と、光電変換層上に設けられた第２電極層と、第１基板上において、当該基板を平面視したときに光電変換層と重ならない領域に設けられ、金属層と透明導電層とが積層された取り出し電極層と、第１電極層、光電変換層、第２電極層、および取り出し電極層を覆うように設けられた第２基板と、第２基板と取り出し電極層との間に設けられたガラスフリット部とを備える。
　本開示の一態様である太陽電池モジュールの製造方法は、第１基板の上に、第１電極層、光電変換層、および第２電極層をこの順に形成すると共に、第１基板の平面視において光電変換層と重ならない領域に金属層と透明導電層とが積層された取り出し電極層を形成する第１の工程と、第２基板上にガラスフリット材を設ける第２の工程と、第１基板上に第２基板を配置し、第１の工程で準備された取り出し電極層と、第２の工程で準備されたガラスフリット材とを接触させる第３の工程と、ガラスフリット材によって、取り出し電極層と第２基板とを接着し固定する第４の工程とを含む。
　本開示の一態様によれば、取り出し電極層が配置される領域にガラスフリットが設けられた太陽電池モジュールにおいて、抵抗の上昇を抑制できる。また、光電変換層を囲むようにガラスフリットを環状に設けて光電変換層を封止した場合、例えば、光電変換層の周囲の一部に樹脂封止材を用いる場合と比較して、封止性能が大きく向上する。
実施形態の一例である太陽電池モジュールの平面図である。 実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図であって、太陽電池セルが形成された部分の断面構造を示す。 実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図であって、モジュール端部の断面構造を示す。 実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図であって、モジュール端部の断面構造を示す。 実施形態の一例である太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 実施形態の他の一例である太陽電池モジュールの断面図である。
　図１は、実施形態の一例である太陽電池モジュール１を模式的に示す平面図である。図２は、太陽電池モジュール１の断面図であって、セル２が形成された部分の断面を示す。図１では、第２基板１１の図示を省略し、第２基板１１の輪郭を一点鎖線で図示している。
　図１および図２に示すように、太陽電池モジュール１は、光電変換層２０、第１電極層３０、および第２電極層４０を含むセル２と、第１基板１０と、第１基板１０と対向配置されてセル２を覆う第２基板１１とを備える。太陽電池モジュール１は、さらに、セル２から電気エネルギーを取り出すための取り出し電極層５０と、２枚の基板を接着するガラスフリット部６０とを備える。ガラスフリット部６０は、第２基板１１と取り出し電極層５０との間に設けられ、セル２を封止する封止材として機能する。
　本実施形態では、第１基板１０に光透過性の基板を用いる。第１基板１０、第２基板１１、およびセル２は平面視矩形状に形成され、第１基板１０よりも一回り小さな第２基板１１が、第１基板１０上に形成されたセル２の全体を覆っている。
　第１基板１０および第２基板１１には、表面に絶縁層が形成された導電性の基板を用いてもよいが、好ましくは絶縁性の基板を用いる。第１基板１０は、波長４００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の太陽光に対する透過性を有し、水蒸気透過率が低い材料で構成されることが好ましい。さらに、ガラスフリットの融着工程における接着性と耐熱性から、ガラス基板が好ましい。第１基板１０の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
　第２基板１１は、レーザー光に対して透明であることが好ましく、ガラス基板等の透光性の基板であってもよい。第２基板１１は、第１基板１０と同様に、水蒸気透過率が低い材料で構成されることが好ましい。第２基板１１の厚みは、第１基板１０の厚み以下であってもよい。なお、第１基板１０および第２基板１１の表面には、アルミナ層等のガスバリア層が形成されていてもよい。本実施形態では、第１基板１０および第２基板１１として、平坦で透明なガラス基板を用いるものとする。
　太陽電池モジュール１は、第１基板１０上に設けられた第１電極層３０と、第１電極層３０上に設けられた光電変換層２０と、光電変換層２０上に設けられた第２電極層４０とを備える。光電変換層２０、第１電極層３０、および第２電極層４０により、セル２が構成されている。また、第１基板１０上には、当該基板を平面視したときに光電変換層２０と重ならない領域に取り出し電極層５０が設けられている。取り出し電極層５０は、金属層５２と透明導電層とが積層された複層構造を有する。そして、当該透明導電層が金属層５２よりも第２基板１１の近くに設けられ、ガラスフリット部６０と接触している（後述の図３参照）。
　本実施形態において、ガラスフリット部６０は、第１電極層３０、光電変換層２０、および第２電極層４０の積層方向であるＺ方向から見たときに、光電変換層２０（セル２）を囲んで環状に設けられている。取り出し電極層５０は、セル２の対向する２つの辺から互いに離れる方向に延び、第２基板１１に覆われる範囲を超えて第１基板１０の端部の近傍まで形成されている。ガラスフリット部６０は、第２基板１１と取り出し電極層５０との間に設けられた第１領域と、第１基板１０と第２基板１１との間に設けられた第２領域とを含む。ガラスフリット部６０は、第１基板１０および第２基板１１と同様に水蒸気透過率が低く、優れた封止性能を発揮する。
　太陽電池モジュール１は、第１基板１０、第２基板１１、およびガラスフリット部６０により、封止された内部空間４が形成されている。セル２は、この内部空間４に配置されている。第１基板１０と第２基板１１の間隔は、例えば、１μｍ以上３０μｍ以下であって、セル２と第２基板１１の間には隙間が存在している。太陽電池モジュール１の内部空間４には、窒素ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。或いは、エチレン・酢酸ビニル共重合（ＥＶＡ）樹脂、シリコーン樹脂、ポリオレフィン等の樹脂が充填されていてもよい。
　以下、実施形態の一例であるセル２の構成について詳説する。図２では、太陽電池セルの好適な層構造の一例を示すが、セルの層構造はこれに限定されない。
　図２に示すように、セル２は、直列に接続された複数のユニットセル３から構成されている。ユニットセル３は、第１基板１０の表面に沿った第１の方向であるＸ方向に複数配置され、Ｘ方向に直交するＹ方向（図１参照）に連続している。各ユニットセル３は、一対の電極（第１電極層３０および第２電極層４０）と、一対の電極間に配置された光電変換層２０とを有する。セル２は、例えば、ペロブスカイト型の太陽電池セルである。本実施形態では、第１基板１０が光透過性を有し、光電変換層２０が第１基板１０側からモジュール内に入射する光を吸収して発電する。
　第１電極層３０は、光透過性を有し、光電変換層２０への光の進入を遮らない。第１電極層３０の光線透過率は、例えば、波長４５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲において８５％以上である。また、第１電極層３０のシート抵抗は、４０Ω／□以下が好ましく、１０Ω／□以下であってもよい。第１電極層３０は、透明導電層からなる単層構造を有することが好ましい。詳しくは後述するが、透明導電層は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物で構成されている。
　本実施形態において、第２電極層４０は、光透過性を有していなくてもよく、金属層４２および透明導電層を含む。第２電極層４０は、透明導電層として第１の透明導電層４１および第２の透明導電層４３を含み、第１基板１０側から順に、透明導電層４１、金属層４２、および透明導電層４３が積層された複層構造を有する。詳しくは後述するが、金属層は、アルミニウム、ニッケル、銅、銀等の金属またはこれらの合金で構成されている。
　光電変換層２０は、電子輸送層２１と、電子輸送層２１上に配置された光吸収層２２と、光吸収層２２上に配置された正孔輸送層２３とを含む。光電変換層２０は、後述の溝が形成された部分を除き、第１基板１０側から順に、電子輸送層２１、光吸収層２２、および正孔輸送層２３が積層された複層構造を有する。光吸収層２２は、例えば、組成式ＡＢＸ３（式中、Ａは１価のカチオン、Ｂは２価のカチオン、Ｘはハロゲンアニオン）で示されるペロブスカイト化合物を含む。
　電子輸送層２１を構成する電子輸送材料としては、アナターゼ型酸化チタン、酸化錫などが例示される。正孔輸送層２３は、酸化還元部位を有する正孔輸送材料を含む。正孔輸送層２３を構成する正孔輸送材料としては、例えば２，２’，７，７’－テトラキス（Ｎ，Ｎ’－ジ－p－メトキシフェニルアミノ）－９，９’－スピロビフルオレン（Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）などが例示される。
　上記ペロブスカイト化合物（ＡＢＸ３）のＡの一例は、Ｒ１Ｒ２Ｒ３－Ｎ－Ｈで表される１価のカチオンである。Ｒ１およびＲ２がＨ、Ｒ３がＣＨ３である場合、Ａはメチルアンモニウム（ＣＨ３ＮＨ３）となる。官能基Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、例えば、炭素、水素、窒素、および酸素から選択される少なくとも１種の元素を含む。官能基Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が炭素原子を含む場合、官能基Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の炭素数の合計は４以下であることが好ましい。官能基Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、Ｒｂ、Ｃｓ等の第１族元素を含んでいてもよい。
　ＡＢＸ３のＢは、上記の通り、２価のカチオンである。Ｂは、例えば、遷移金属または第１３族元素、第１４族元素、または第１５族元素の２価のカチオンである。Ｂの具体例としては、Ｐｂ２＋、Ｇｅ２＋、Ｓｎ２＋が挙げられる。Ｂは、Ｐｂ２＋およびＳｎ２＋から選択される少なくとも１種を含んでいてもよく、Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋の一部が他の元素に置換されていてもよい。置換元素としては、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ等が例示できる。ＡＢＸ３のＸは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選択される少なくとも１種である。
　上記Ａ、Ｍ、Ｘのそれぞれのサイトは、複数種のイオンによって占有されていてもよい。ペロブスカイト化合物（ＡＢＸ３）の具体例としては、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３、ＣＨ３ＣＨ２ＮＨ３ＰｂＩ３、ＮＨ２ＣＨＮＨ２ＰｂＩ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌ３、ＣｓＰｂＩ３、ＣｓＰｂＢｒ３等が挙げられる。
　本実施形態では、図２に例示するように、ユニットセル３Ａの第１電極層３０がＸ方向に隣接するユニットセル３Ｂの第２電極層４０と電気的に接続されている。また、ユニットセル３Ｂの第１電極層３０は、ユニットセル３Ｃの第２電極層４０と電気的に接続されている。このようにして、複数のユニットセル３はＸ方向に沿って直列に接続される。また、セル２は、複数の溝２４，２５，２６を有する。溝２４、２５、２６は、例えば、Ｙ方向に延びて互いに略平行に形成される。各溝は、従来公知のスクライブ法等により形成できる。
　溝２４は、各ユニットセル３の電子輸送層２１および第１電極層３０を分割する溝である。溝２４の幅は、例えば、２０μｍ以上１５０μｍ以下である。溝２５は、各ユニットセル３の光吸収層２２、正孔輸送層２３、および第２電極層４０を分割している。なお、溝２５は各ユニットセル３の第２電極層４０を分割していればよく、光吸収層２２と正孔輸送層２３は溝２５により分割されていなくてもよい。溝２５の幅は、例えば、３０μｍ以上１５０μｍ以下である。本実施形態では、溝２４，２５によって各ユニットセル３が区画されているものとする。
　溝２６は、各ユニットセル３において、光吸収層２２および正孔輸送層２３を貫通して電子輸送層２１を露出させるように形成されている。そして、溝２６内には隣接するユニットセル３の電子輸送層２１につながる第２電極層４０が形成されている。これにより、第２電極層４０は、隣接するユニットセル３の第１電極層３０と電気的に接続される。すなわち、溝２６は、ユニットセルの接続用の溝として機能する。溝２６の幅は、例えば、１５０μｍ以上３００μｍ以下である。
　セル２は、例えば、以下の方法により製造される。
（１）第１基板１０上に、第１電極層３０および電子輸送層２１をこの順で形成する。
（２）第１電極層３０および電子輸送層２１の一部をレーザースクライブ処理して溝２４を形成する。
（３）電子輸送層２１上に、光吸収層２２および正孔輸送層２３をこの順で形成する。
（４）光吸収層２２および正孔輸送層２３の一部をメカニカルスクライブ処理して溝２６を形成する。
（５）正孔輸送層２３上に、第２電極層４０を形成する。
（６）光吸収層２２、正孔輸送層２３、および第２電極層４０の一部をメカニカルスクライブ処理して溝２５を形成する。
　電子輸送層２１、光吸収層２２、および正孔輸送層２３は、例えば、原料を溶解させた溶液を第１基板１０の表面に塗布することにより成膜できる。これらの層は、スピンコート法により成膜されてもよい。各層の厚みは、特に限定されないが、一例としては、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
　以下、図３および図４を参照しながら、取り出し電極層５０およびガラスフリット部６０の構成について詳説する。図３および図４は、取り出し電極層５０が形成された太陽電池モジュール１のＸ方向両端部の断面図である。
　図３および図４に示すように、取り出し電極層５０は、金属層５２と、透明導電層とを含む導電層である。取り出し電極層５０は、内部空間４からガラスフリット部６０が設けられた位置を超え、第１基板１０の端部にわたって形成されている。取り出し電極層５０は、第１基板１０上において、当該基板を平面視したときに光電変換層２０（セル２）と重ならない領域に配置されている。言い換えると、光電変換層２０と重ならない領域に形成されて内部空間４から外部に引き出される導電層が取り出し電極層５０である。詳しくは後述するが、金属層５２と透明導電層を含む複層構造の取り出し電極層５０を用いることにより、ガラスフリット部６０との密着性が良好になり、取り出し電極層５０の抵抗上昇が抑制される。
　取り出し電極層５０は、第１電極層３０と電気的に接続された取り出し電極層５０Ａ（図３参照）と、第２電極層４０と電気的に接続された取り出し電極層５０Ｂ（図４参照）とを含む。取り出し電極層５０Ａは第１基板１０のＸ方向の第１の端部に形成され、取り出し電極層５０Ｂは当該第１の端部と反対側のＸ方向の第２の端部に形成されている。なお、取り出し電極層５０Ａ，５０Ｂはいずれも、金属層５２および透明導電層を含み、同じ層構造を有する。
　取り出し電極層５０を構成する透明導電層は、第１の透明導電層５１および第２の透明導電層５３を含むことが好ましい。取り出し電極層５０は、第１基板１０側から順に、透明導電層５１、金属層５２、および透明導電層５３が積層された複層構造を有する。すなわち、取り出し電極層５０は、透明導電層５１，５３により金属層５２が挟まれた三層構造を有する。そして、第２基板１１と取り出し電極層５０の間にガラスフリット部６０が設けられ、ガラスフリット部６０は透明導電層５３に接触している。
　本実施形態では、第２電極層４０が取り出し電極層５０と同様の複層構造を有する。第２電極層４０は、上記の通り、第１基板１０側から順に光電変換層２０上に積層された、第１の透明導電層４１、金属層４２、および第２の透明導電層４３を含む。第２電極層４０と電気的に接続される取り出し電極層５０Ｂは、第２電極層４０と連続的に形成され、溝２４によって第１電極層３０と分断されている。他方、第１電極層３０と電気的に接続される取り出し電極層５０Ａは、第１電極層３０と連続的に形成され、溝２５によって第２電極層４０と分断されている。
　なお、取り出し電極層５０の各層は、第１電極層３０および第２電極層４０と同時に成膜され、成膜後、溝２４，２５を形成することによって第１電極層３０または第２電極層４０と分断される。取り出し電極層５０は、溝２４，２５と隣接する領域で光電変換層２０上に形成された電極層の一部とつながっていてもよい。当該電極層の一部は極小面積であるため、光電変換層２０の特性に影響を与えない。
　透明導電層５１，５３は、一般的に、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物に、タングステン、スズ、アンチモン等がドーピングされた透明導電性酸化物で構成されている。好適な透明導電性酸化物の一例は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。透明導電層５１，５３は、例えば、スパッタリングにより、実質的に同じ組成、同じ厚みで成膜される。透明導電層５１，５３の厚みの一例は、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。透明導電層５１，５３は、第１電極層３０の透明導電層および第２電極層４０の透明導電層４１，４３と同時に成膜されるため、各透明導電層は実質的に同じ組成を有する。
　金属層５２の構成材料は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀等の金属またはこれらの合金である。中でも、銀を用いることが好ましい。金属層５２は、単層構造であってもよく、複層構造であってもよい。金属層５２の厚みの一例は、８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。金属層５２は、例えば、スパッタリング、蒸着等により成膜されてもよく、めっき法により成膜されてもよい。金属層５２は、第２電極層４０の金属層４２と同時に成膜されるため、金属層４２，５２は実質的に同じ組成を有する。
　取り出し電極層５０Ａは、溝２５により第２電極層４０と分断された３つの層と、第１電極層３０から連続する透明導電層とが重なって形成されている。取り出し電極層５０Ｂは、第２電極層４０と連続する３つの層と、溝２４により第１電極層３０と分断された透明導電層とが重なって形成されている。すなわち、第１基板１０と金属層５２との間に介在する透明導電層５１は、第１電極層３０および第２電極層４０に由来する透明導電層であって、その厚みは、第２電極層４０のみに由来する透明導電層５３の厚みよりも大きくなっている。
　ガラスフリット部６０は、上記のように、第２基板１１と取り出し電極層５０との間に設けられた第１領域と、第１基板１０と第２基板１１との間に設けられた第２領域とを含み、第１領域では第２基板１１と取り出し電極層５０に密着し、第２領域では第１基板１０と第２基板１１に密着している。ガラスフリット部６０は、セル２の全周を囲んで細線状に形成され、セル２を封止する封止材として機能する。ガラスフリット部６０の幅は特に限定されないが、一例としては、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。ガラスフリット部６０の厚みは、光電変換層２０と取り出し電極層５０の合計の厚みより大きい。
　ガラスフリット部６０は、第１基板１０および第２基板１１を構成するガラスよりも低融点のガラスを主成分とするガラスフリット材で構成されている。ガラスフリット材は、例えば、低融点のガラス粉末であって、個々のガラス微粒子の大部分が１μｍ以上５０μｍ以下の粒径を有する。低融点ガラスの組成は、特に限定されない。低融点ガラスは、例えば、ＳｉＯ２を主成分とし、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｖ、Ｂ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｂｉ、Ｓｂから選択される少なくとも１種の元素を含有していてもよい。また、ガラスフリット材には、所定の充填材または添加剤が含まれていてもよい。
　詳しくは後述するが、ガラスフリット部６０は、第１基板１０または第２基板１１上にガラスフリット材のラインを形成して２枚の基板を重ね合わせた後、このラインに沿ってレーザー照射を行うことで形成される。ガラスフリット材は、レーザー照射により溶融して、ガラス微粒子同士が密着すると共に、基板および取り出し電極層５０に密着し、水蒸気透過率が低い緻密なガラスフリット部６０となる。ガラスフリット部６０は、レーザー照射により溶融、固化して２枚の基板を接着するレーザー溶着部である。
　ガラスフリット部６０は、上記第１領域において、取り出し電極層５０の透明導電層５３上に配置されている。すなわち、ガラスフリット部６０は金属層５２と接触しておらず、ガラスフリット部６０と金属層５２の間には透明導電層５３が介在している。透明導電層５３は金属層５２と比べて線膨張係数がガラスに近く、また耐熱性も高い。このため、透明導電層５３上にガラスフリット部６０を配置することで、取り出し電極層５０に対するガラスフリット部６０の密着性が向上する。なお、第１基板１０と金属層５２の間に介在する透明導電層５１は、第１基板１０に対する取り出し電極層５０の密着性を向上させる。
　ガラスフリット部６０は、レーザー照射により加熱されるが、この際、ガラスフリット部６０と重なる取り出し電極層５０も高温になり、その熱によって金属層５２が損傷する場合がある。本実施形態では、金属層５２が透明導電層５１，５３により挟まれているため、金属層５２が損傷した場合でも透明導電層５１，５３が良好な導電パスを維持し、取り出し電極層５０の抵抗上昇が十分に抑制される。透明導電層５１，５３の一方だけを設けた場合も、この効果は得られるが、金属層５２を挟む透明導電層５１，５３を設けることにより、抵抗上昇の抑制効果はより顕著になる。
　以下、図５を参照しながら、上記構成を備えた太陽電池モジュール１の製造方法について詳説する。図５は、図３と同様に、太陽電池モジュール１のＸ方向の第１の端部の断面構造を示す。
　図５に示すように、太陽電池モジュール１の製造工程には、例えば、下記の工程が含まれる。
（１）第１基板１０上に、第１電極層３０、光電変換層２０、および第２電極層４０をこの順に形成すると共に、第１基板１０の平面視において光電変換層２０と重ならない領域に金属層と透明導電層とが積層された取り出し電極層５０を形成する第１の工程
（２）第２基板１１上にガラスフリット材６０ｚを設ける第２の工程
（３）第１基板１０上に第２基板１１を配置し、第１の工程で準備された取り出し電極層５０と、第２の工程で準備されたガラスフリット材６０ｚとを接触させる第３の工程
（４）ガラスフリット材６０ｚによって、取り出し電極層５０と第２基板１１とを接着し固定する第４の工程
　上記第１の工程において、第１電極層３０、光電変換層２０、および第２電極層４０を含むセル２は、上記方法により製造される。取り出し電極層５０は、第１電極層３０および第２電極層４０と同時に成膜され、本実施形態では、第２電極層４０と同様に、透明導電層５１、金属層５２、および透明導電層５３を含む。なお、第２電極層４０と取り出し電極層５０を別の工程で成膜することも可能である。この場合、第２電極層４０を金属層４２からなる単層構造としてもよい。但し、生産性向上等の観点から、第２電極層４０と取り出し電極層５０は同時に成膜され、取り出し電極層５０は第２電極層４０と同じ層構造を含むことが好ましい。
　上記第２の工程において、ガラスフリット材６０ｚは、例えば、有機溶剤を含むペーストの状態で第２基板１１上に塗布され、その後、熱処理により溶剤を揮発除去することにより設けられる。ガラスフリット材６０ｚのペーストは、従来公知の印刷法により、第２基板１１上に塗布される。ガラスフリット材６０ｚのペーストは、取り出し電極層５０が形成された第１基板１０上に塗布されてもよいが、セル２への熱影響の抑制等の観点から、第２基板１１上に形成されることが好ましい。ガラスフリット材６０ｚは、第２基板１１の周縁に沿うように１本のライン状に、かつ環状に形成されることが好ましい。
　上記第３の工程では、ガラスフリット部６０ｚが設けられた面を第１基板１０側に向けて第２基板１１を重ね合わせることで、取り出し電極層５０上にガラスフリット部６０ｚを配置する。本実施形態では、ガラスフリット材６０ｚが、第２基板１１と取り出し電極層５０との間に配置される第１領域と、第１基板１０と第２基板１１との間に配置される第２領域とが形成される。そして、第１領域のガラスフリット部６０ｚは、取り出し電極層５０の透明導電層５３に接触した状態となる。
　上記第４の工程では、ガラスフリット材６０ｚに対し、金属層の反対側から第２基板１１を透過させてレーザー光αを照射する。レーザー光αは、例えば、８００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長を有する。図５に示す例では、第２基板１１側からガラスフリット材６０ｚのラインに沿ってレーザー光αを照射する。これにより、ガラスフリット材６０ｚが溶融して、フリット材を構成するガラス微粒子同士が密着すると共に、ガラス微粒子が第１基板１０、第２基板１１、および取り出し電極層５０に密着する。レーザー装置には、例えば、ＹＡＧレーザーが用いられる。
　第４の工程では、レーザー光αの照射によりガラスフリット材６０ｚが溶融し、封止材として機能するガラスフリット部６０が形成される。このとき、取り出し電極層５０の金属層５２が加熱されて損傷することが想定されるが、金属層５２は透明導電層５１，５３により挟まれているため、例えば、金属層５２が破断しても透明導電層５１，５３によって良好な導電パスが維持される。その結果、取り出し電極層５０の抵抗上昇が十分に抑制される。
　図６は、上記実施形態の変形例を示す断面図である。図６に例示する形態は、取り出し電極層５０が金属層５２および透明導電層５１，５３を含む三層構造を有し、ガラスフリット部６０が透明導電層５３と接触している点で、上記実施形態と共通する。一方、第２電極層４０が透明導電層からなる単層構造を有し、第１電極層３０が金属層３２および透明導電層３１，３３を含む三層構造を有する点で、上記実施形態と異なる。図６に示す例では、取り出し電極層５０が第１電極層３０と連続的に形成されている。
　図６に例示する形態では、金属層５２とガラスフリット部６０の間に介在する透明導電層５３が、第１電極層３０および第２電極層４０に由来する透明導電層であって、その厚みは、第１電極層３０のみに由来する透明導電層５１の厚みよりも大きくなっている。また、この場合、第２基板１１側から光が入射可能に構成されており、例えば、第１電極層３０と光吸収層２２の間に正孔輸送層２３が形成され、光吸収層２２と第２電極層４０の間に電子輸送層２１が形成される。
　以上のように、上記構成を備えた太陽電池モジュール１によれば、取り出し電極層５０が形成される領域を含むセル２の全周囲にわたってガラスフリット部６０が環状に設けられるため、優れた封止性能が得られる。
　太陽電池モジュール１の封止性能を実証するために、上記三層構造の取り出し電極層５０を両端部に接続したカルシウム膜を用いて、温度８５℃、湿度８５％の条件下で耐久試験を行った。試験に供した構造は、セル２の代わりにカルシウム膜を用いた以外、太陽電池モジュール１の構造と同様である。優れた封止性能を有さずカルシウム膜が水を吸収する場合、カルシウム膜の抵抗が大きく上昇するが、本耐久試験では抵抗の上昇は確認されなかった。すなわち、太陽電池モジュール１は封止性能に優れることが実証された。
　また、太陽電池モジュール１によれば、ガラスフリット材６０ｚに対するレーザー光αの照射により取り出し電極層５０の金属層５２が損傷した場合でも、金属層５２を挟む透明導電層５１，５３によって取り出し電極層５０の抵抗上昇が高度に抑制される。
　なお、上記実施形態は本開示の目的を損なわない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、ガラスフリット材の加熱手段として、レーザー照射の代わりに、ヒートプレス機、加熱炉等を使用することも可能である。
　１　太陽電池モジュール、２　セル、３　ユニットセル、４　内部空間、１０　第１基板、１１　第２基板、２０　光電変換層、２１　電子輸送層、２２　光吸収層、２３　正孔輸送層、２４，２５，２６　溝、３０　第１電極層、４０　第２電極層、４１，５１　透明導電層、４２，５２　金属層、４３，５３　透明導電層、５０　取り出し電極層、６０　ガラスフリット部

Claims (9)

  1. 　第１基板と、
    　前記第１基板上に設けられた第１電極層と、
    　前記第１電極層上に設けられた光電変換層と、
    　前記光電変換層上に設けられた第２電極層と、
    　前記第１基板上において、当該基板を平面視したときに前記光電変換層と重ならない領域に設けられ、金属層と透明導電層とが積層された取り出し電極層と、
    　前記第１電極層、前記光電変換層、前記第２電極層、および前記取り出し電極層を覆うように設けられた第２基板と、
    　前記第２基板と前記取り出し電極層との間に設けられたガラスフリット部と、
    　を備えた、太陽電池モジュール。
  2. 　前記取り出し電極層の前記透明導電層は、前記金属層よりも前記第２基板の近くに設けられ、
    　前記ガラスフリット部は、前記透明導電層に接触する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 　前記透明導電層は、第１および第２の透明導電層を含み、
    　前記取り出し電極層は、前記第１基板側から順に、前記第１の透明導電層、前記金属層、および前記第２の透明導電層が積層された複層構造を有し、
    　前記ガラスフリット部は、前記第２の透明導電層に接触する、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 　前記第２電極層は、前記金属層および前記透明導電層を含み、
    　前記取り出し電極層は、前記第２電極層と連続的に形成されている、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。
  5. 　前記第１電極層は、前記金属層および前記透明導電層を含み、
    　前記取り出し電極層は、前記第１電極層と連続的に形成されている、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。
  6. 　前記ガラスフリット部は、前記第１電極層、前記光電変換層、および前記第２電極層の積層方向から見たときに、前記光電変換層を囲んで環状に設けられ、前記第２基板と前記取り出し電極層との間に設けられた第１領域と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第２領域と、を含む、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。
  7. 　前記光電変換層は、
    　電子輸送層と、
    　前記電子輸送層上に配置され、組成式ＡＢＸ３（式中、Ａは１価のカチオン、Ｂは２価のカチオン、Ｘはハロゲンアニオン）で示されるペロブスカイト化合物を含む光吸収層と、
    　前記光吸収層上に配置された正孔輸送層と、
    　を含む、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。
  8. 　第１基板上に、第１電極層、光電変換層、および第２電極層をこの順に形成すると共に、前記第１基板の平面視において前記光電変換層と重ならない領域に金属層と透明導電層とが積層された取り出し電極層を形成する第１の工程と、
    　第２基板上にガラスフリット材を設ける第２の工程と、
    　前記第１基板上に前記第２基板を配置し、前記第１の工程で準備された前記取り出し電極層と、前記第２の工程で準備されたガラスフリット材とを接触させる第３の工程と、
    　前記ガラスフリット材によって、前記取り出し電極層と前記第２基板とを接着し固定する第４の工程と、
    　を含む、太陽電池モジュールの製造方法。
  9. 　前記第４の工程では、前記ガラスフリット材に対し、前記第１基板または前記第２基板を介してレーザー照射する、請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
     
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