JPH11298020A

JPH11298020A - 薄膜太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH11298020A
Application number: JP10097519A
Authority: JP
Inventors: Hajime Saito; 肇齋藤; Hisashi Hayakawa; 尚志早川; Katsuhiko Nomoto; 克彦野元
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】採光性及びデザイン性に優れた薄膜太陽電池
モジュールを提供することを課題とする。【解決手段】基板上に透明な第１電極層、光電変換層
及び第２電極層をこの順で積層させた複数の太陽電池セ
ルを形成し、更に第２電極層側上に裏面封止材料で覆っ
て太陽電池モジュールとし、光電変換層及び第２電極層
との平面の最大面積が基板の表面積に対し９０〜３０％
を占め、裏面封止材料が透光性材料からなることを特徴
とする薄膜太陽電池モジュールにより上記課題を解決す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜太陽電池モジ
ュールに関する。更に詳しくは、本発明は、採光性及び
デザイン性に優れた薄膜太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、実開昭６０−６３９５８号公
報、特開平５−３１５６３１号公報及び特開平８−８３
９２３号公報には、一般的な薄膜太陽電池モジュールが
記載されている。一般的な薄膜太陽電池モジュール１０
０の概略斜視図を図１３に、図１３のＧ−Ｇ’方向の概
略断面図を図１４に示す。図１３及び図１４を用いて薄
膜太陽電池モジュールの製造方法を以下に説明する。

【０００３】最初に、絶縁性基板８のほぼ全面に第１電
極層を形成する。図１４の場合、絶縁性基板８側より光
を入射させるため、第１電極層は透明材料から構成され
る。透明材料としては、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＩＴＯ等が
よく用いられる。次に、第１電極層にパターニングを施
す。図１４の場合、１０ｍｍ前後のピッチで１００μｍ
程度の幅の直線状の分割溝２０１、２０２及び２０３を
設ける。パターニングの方法としては、化学的エッチン
グ法、機械的ケガキ法等が用いられる。また、上記の方
法では、第１電極層を基板全面に形成したのちに、パタ
ーニングを施しているが、マスクを介して積層すること
によって、成膜とパターニングを同時に行う方法もあ
る。パターニングにより、第１電極層は短冊状の複数の
第１電極層１０１、１０２及び１０３に分割される。

【０００４】次に、第１電極層の上に、１層又は複数層
からなる光電変換層を、絶縁性基板のほぼ全面にわたっ
て成膜する。この成膜により、分割溝２０１、２０２及
び２０３も光電変換層で埋められる。その後、光電変換
層にパターニングを施す。図１４の場合、分割溝と平行
に、かつ該分割溝から１００μｍ程度の間隔をあけて、
１００μｍ程度の幅の直線状の分割溝２１１、２１２及
び２１３を設ける。これにより、光電変換層は、短冊状
の複数の光電変換層１１１、１１２及び１１３に分割さ
れる。パターニングの方法としては、化学的エッチング
法、機械的ケガキ法等が用いられる。また、マスクを介
して積層してもよい。

【０００５】次に、光電変換層の上に、第２電極層を基
板上のほぼ全面に形成する。第２電極層は、反射により
光を有効に活用するため、Ａｇ、Ａｌといった反射率の
高い金属薄膜が用いられる。その後、第２電極層にパタ
ーニングを施す。図１４の場合、光電変換層の分割溝と
平行に、かつ該分割溝から１００μｍ程度の間隔をあけ
て、１００μｍ程度の幅の直線状の分割溝２２１、２２
２及び２２３を設けるようなパターニングを行う。これ
により、第２電極層は短冊状の複数の第２電極層１２
１、１２２及び１２３に分割される。パターニングの方
法としては、化学的エッチング法、機械的ケガキ法等が
用いられる。また、マスクを介して積層してもよい。

【０００６】上記のような成膜及びパターニングを行う
ことによって、各々対応する第１電極層、光電変換層及
び第２電極層が積層され、薄膜太陽電池セルが形作られ
る。また、第１電極層、光電変換層及び第２電極層が段
階状に形成され、分割溝２１１、２１２及び２１３には
第２電極層が充填されている。そのため個々の薄膜太陽
電池セルの第１電極層が、隣接する薄膜太陽電池セルの
第２電極層と接続されるので、複数の薄膜太陽電池セル
が、相互に直列接続されることになる。

【０００７】薄膜太陽電池モジュールは、上記の製造方
法で作製した薄膜太陽電池セルを、表面保護用の強化ガ
ラス６、接着剤７及び９、裏面封止材料１０で封止する
ことにより得ることができる。なお、裏面封止材料に
は、一般に不透明材料が用いられる。上記の薄膜太陽電
池モジュールは、絶縁性基板全面に薄膜太陽電池セルが
形成され、かつ、不透明材料からなる裏面封止材料が用
いられているため、裏面側に透過する光の量が少なく、
原理的に採光性が乏しかった。

【０００８】採光性を改善するために、特開平５−１５
２５９号公報には、光電変換層及び第２電極層に光が通
過する孔を開けた薄膜太陽電池モジュールが記載されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平５−１５２
５９号公報で挙げられているような、孔を設けて光を透
過させる方法では、薄膜太陽電池モジュールの形成後に
行われるため、孔の形成工程を別途設ける必要があっ
た。また、薄膜太陽電池モジュールとしてデザイン的に
変化に乏しく、単調になりがちであった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、基板上に透明な第１電極層、光電変換層及び第２電
極層をこの順で積層させた複数の太陽電池セルを形成
し、更に第２電極層側上に裏面封止材料で覆って太陽電
池モジュールとし、光電変換層及び第２電極層との平面
の最大面積が基板の表面積に対し９０〜３０％を占め、
裏面封止材料が透光性材料からなることを特徴とする薄
膜太陽電池モジュールが提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に使用することができる基
板としては、特に限定されないが、透光性のある絶縁性
基板であることが好ましい。具体的には、板状又はフィ
ルム状のガラス基板、有機基板等が挙げられる。この基
板上には複数の薄膜太陽電池セルが形成されている。個
々の薄膜太陽電池セルは、透明な第１電極層、光電変換
層及び第２電極層がこの順で積層された構成を有してい
る。

【００１２】第１電極層の材料としては、特に限定され
ず、当該分野で公知の材料をいずれも使用することがで
きる。具体的には、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＩＴＯ等が挙げ
られる。この第１電極層は、薄膜太陽電池セル毎に設け
られ、隣接する薄膜太陽電池セルの第１電極層と分離さ
れている。第１電極層の平面形状は、該第１電極層自体
が透光性を有しているため、特に限定されない。例え
ば、ストライプ状、島状等の平面形状が挙げられる。な
お、第１電極層の厚さは通常、０．５〜１μｍである。

【００１３】第１電極層の形成方法としては、当該分野
で公知の方法をいずれも使用することができる。例え
ば、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法等が挙げられる。また、
所望の平面形状を形成する方法としては、第１電極層の
形成時に、第１電極層の形成を望まない領域を覆うマス
クを利用して形成する方法、一旦第１電極層を基板全面
に形成した後、化学的エッチング、機械的ケガキ、レー
ザー等によって分離する方法が挙げられる。なお、第１
電極層の表面には、光路長を延ばすために微細な凹凸を
形成しておいてもよい。この微細な凹凸は、薄膜太陽電
池モジュールを透過する光を適度に乱反射させ、透過す
る光による眩しさを抑制することができる。

【００１４】更に、第１電極層のみで薄膜太陽電池セル
に発生した電流が流れる際の電圧降下による損失が問題
になるようであれば、第１電極層上の電流の流れる経路
に沿って金属膜（例えば、Ａｇ膜）を積層してもよい。
この金属膜は、透光性を向上させる観点から、後に形成
される光電変換層及び第２電極層の下部に形成されてい
ることが好ましい。

【００１５】光電変換層の材料としては、特に限定され
ず、当該分野で公知の材料をいずれも使用することがで
きる。具体的には、単結晶シリコン、非晶質シリコン、
多結晶シリコン等が挙げられる。この内、非晶質シリコ
ンが好ましい。また、光電変換層は、通常複数層からな
り、例えばｐ層、ｉ層及びｎ層の順で第１電極層上に形
成されている。ここで、ｐ層には、ホウ素等の不純物
が、ｎ層には、リン、砒素等の不純物がドーピングされ
ている。この光電変換層は、薄膜太陽電池セル毎に設け
られ、隣接する薄膜太陽電池セルの光電変換層と分離さ
れている。光電変換層の平面形状は、薄膜太陽電池モジ
ュールの平面に占める割合が９０％以下になる形状であ
れば特に限定されない。例えば、ストライプ状、島状等
の平面形状が挙げられる。なお、光電変換層の厚さは通
常、０．２〜０．５μｍである。

【００１６】光電変換層の形成方法としては、当該分野
で公知の方法をいずれも使用することができる。例え
ば、蒸着法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。また、
所望の平面形状を形成する方法としては、光電変換層の
形成時に、光電変換層の形成を望まない領域を覆うマス
クを利用して形成する方法、一旦光電変換層を基板全面
に形成した後、化学的エッチング、レーザー等によって
分離する方法が挙げられる。

【００１７】第２電極層の材料としては、特に限定され
ず、当該分野で公知の材料をいずれも使用することがで
きる。具体的には、導電性が良好で、反射率の高いＡ
ｇ、Ａｌ等の金属が挙げられる。この第２電極層は、薄
膜太陽電池セル毎に設けられ、隣接する薄膜太陽電池モ
ジュールの第２電極層と分離されている。第２電極層の
平面形状は、薄膜太陽電池モジュールの平面に占める割
合が９０％以下になる形状であれば特に限定されない。
例えば、ストライプ状、島状等の平面形状が挙げられ
る。なお、第２電極層の厚さは通常、０．５〜１μｍで
ある。また、第２電極層は、隣接する薄膜太陽電池セル
と直列又は並列になるように第１電極層と接続してもよ
い。

【００１８】第２電極層の形成方法としては、当該分野
で公知の方法をいずれも使用することができる。例え
ば、蒸着法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。また、
所望の平面形状を形成する方法としては、第２電極層の
形成時に、第２電極層の形成を望まない領域を覆うマス
クを利用して形成する方法、一旦第２電極層を基板全面
に形成した後、化学的エッチング、レーザー等によって
分離する方法が挙げられる。

【００１９】次に、本発明では、上記第２電極層側は、
接着剤を介して裏面封止材料で覆われている。この裏面
封止材料は、透光性材料からなる。従って、薄膜太陽電
池モジュールの採光性が妨げられることはない。ここ
で、透光性材料としては、例えば、ガラス、フッ素系樹
脂等が挙げられる。裏面封止材料を固定するための接着
剤は、透光性が良好であれば特に限定されない。例え
ば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂等が挙げ
られる。

【００２０】なお、基板側を保護するために接着剤を介
して強化ガラス等で覆ってもよい。更に、薄膜太陽電池
セルは、隣接するセルと直列及び／又は並列に接続され
ていてもよい。また、薄膜太陽電池モジュールは、任意
の数の薄膜太陽電池セルを１つのグループとして、該グ
ループを複数個備えていてもよい。この場合、グループ
内のセル間の接続は直列であることが好ましい。更に、
グループ間の接続が第１電極層により、直列及び／又は
並列に接続されていてもよい。

【００２１】このように本発明の薄膜太陽電池モジュー
ルは、薄膜太陽電池セルを構成する光電変換層及び第２
電極層との平面の最大面積が基板の表面積に対し９０〜
３０％となっている。従って、採光性に優れた薄膜太陽
電池モジュールである。ここで、平面の最大面積とは、
光電変換層と第２電極層の平面の面積の合計値から両層
の重なり部分の平面の面積を引いた値を意味する。な
お、発電効率と採光性の兼ね合いから、光電変換層及び
第２電極層の平面の最大面積は、基板の表面積に対し９
０〜７０％であることが好ましい。

【００２２】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。実施例１以下に本発明の実施例を図１〜３に基づき説明する。
１．１ｍｍの厚さのガラス基板３からなる透光性絶縁性
基板上に、メタルマスクを介して、膜厚約３μｍのＳｎ
Ｏ₂（透明材料）からなる第１電極層１１、１２及び１
３を熱ＣＶＤ法で成膜した。第１電極層１１、１２及び
１３は、３０ｍｍのピッチで、約１００μｍの幅の直線
状の分割溝により互いに絶縁されるように形成した。更
に、第１電極層には、光路長を延ばす目的で、その表面
に微細な凹凸を形成した。

【００２３】次に、各々の第１電極層上に、光電変換層
２１、２２及び２３をマスクを介してプラズマＣＶＤ法
によって堆積させた。これら光電変換層は、図２に示す
ように、図１のＡ−Ａ’方向において適当な間隙を設け
て形成した。光電変換層は非晶質シリコンからなり、基
板上にｐ層、ｉ層及びｎ層の順で形成した。また、光電
変換層２１、２２及び２３の幅を１０ｍｍとし、光電変
換層の各層の厚さを約５００ｎｍとした。

【００２４】次に、各々の光電変換層上に、第２電極層
３１、３２及び３３をマスクを介してスパッタリング法
もしくは蒸着法によって堆積させた。第２電極層３１、
３２及び３３は、幅１０ｍｍ、膜厚５００ｎｍのＡｇか
らなる。このようにすることで、図１で示すように、ガ
ラス基板３上に薄膜太陽電池セルを、隣接する他のセル
と、間隔をあけて形成することができた。更に、セル間
は、第１電極層によって相互に接続した。

【００２５】次に、上記の方法で作製した薄膜太陽電池
セルを用いて、薄膜太陽電池モジュールを以下のように
作成した。表面保護材料として、薄膜太陽電池セルのガ
ラス基板３より若干大きなサイズの、厚さ３．２ｍｍの
強化ガラス１の上に、強化ガラス１と同じ大きさのＥＶ
Ａ樹脂２を置き、さらにその上に薄膜太陽電池セルをガ
ラス基板面（受光面）を下にして置いた。薄膜太陽電池
セルの出力を、モジュールの両端から取りだせるように
セルにリード線を付けた後、強化ガラス１と同じ大きさ
のＥＶＡ４、透光性の裏面保護フィルム（裏面封止材
料）５を重ねた。次いで、ラミネート装置に入れ、各部
材間の脱気を行いながら熱癒着させた。このようにし
て、図１に示す薄膜太陽電池モジュール１００を得るこ
とができた。

【００２６】なお、実施例１の場合、光電変換層及び第
２電極層のモジュールの平面の最大面積は、３４％であ
った。また、透過光は第１電極層の凹凸によって適度に
乱反射されるため、透過光による眩しさを抑えることが
できた。上記薄膜太陽電池モジュールは、ＡＭ１．５の
照射光下において、有効発電面積で換算して、Ｊｓｃ＝
１５．０ｍＡ／ｃｍ²、Ｖｏｃ（薄膜太陽電池セル１枚
当たり）＝０．９０Ｖ、Ｆ．Ｆ．＝０．７２、Ｐｍａｘ
＝９．５ｍＷ／ｃｍ²、光電変換率＝９．５％であっ
た。実施例１の薄膜太陽電池モジュールは、優れた透光
性とデザイン性を有することがわかった。

【００２７】実施例２以下に本発明の実施例を図４〜６に基づき説明する。実
施例１と同様にガラス基板３上に、第１電極層４１、４
２及び４３をメタルマスクを介して形成した。

【００２８】次に、実施例１と同様にして、各々の第１
電極層上に、光電変換層５１、５２及び５３をマスクを
介してプラズマＣＶＤ法によって堆積させた。但し、光
電変換層は、図５及び図６に示すように、図４のＣ−
Ｃ’方向及びＤ−Ｄ’方向において適当な間隙を設けて
形成した。

【００２９】次に、実施例１と同様にして、各々の光電
変換層上に、第２電極層６１、６２及び６３をマスクを
介して堆積させた。このようにすることで、図４で示す
ように、ガラス基板３上に薄膜太陽電池セルを、隣接す
る他のセルと、間隔をあけて形成することができた。

【００３０】次に、上記の方法で作製した薄膜太陽電池
セルを用いて、薄膜太陽電池モジュールを以下のように
して作成した。表面保護材料として、薄膜太陽電池セル
のガラス基板３より若干大きなサイズの、厚さ３．２ｍ
ｍの強化ガラス１の上に、強化ガラス１と同じ大きさの
ＥＶＡ樹脂２を置き、さらにその上に薄膜太陽電池セル
をガラス基板面（受光面）を下にして置いた。薄膜太陽
電池セルの出力を、モジュールの両端から取りだせるよ
うにセルにリード線を付けた後、強化ガラス１と同じ大
きさのＥＶＡ４、透光性の裏面保護フィルム（裏面封止
材料）５を重ねた。次いで、ラミネート装置に入れ、各
部材間の脱気を行いながら熱癒着させた。このようにし
て、図４に示すような薄膜太陽電池モジュール１００を
得ることができた。

【００３１】上記薄膜太陽電池モジュールは、ＡＭ１．
５の照射光下において、有効発電面積で換算して、Ｊｓ
ｃ＝１５．０ｍＡ／ｃｍ²、Ｖｏｃ（薄膜太陽電池セル
１枚当たり）＝０．９０Ｖ、Ｆ．Ｆ．＝０．７２、Ｐｍ
ａｘ＝９．５ｍＷ／ｃｍ²、光電変換効率＝９．５％で
あった。実施例２の薄膜太陽電池モジュールは、実施例
１のモジュールに比べ、更に優れた透光性を有してい
た。

【００３２】実施例３以下に本発明の実施例を図７〜９に基づき説明する。実
施例１と同様にガラス基板３上に、第１電極層７１、７
２、７３、７４、７５及び７６をメタルマスクを介して
形成した。但し、これら第１電極層７１、７２、７３、
７４、７５及び７６は図９に示すように、図７のＦ−
Ｆ’方向において適当な間隙を設けるようにして形成し
た。

【００３３】次に、実施例１と同様にして、各々の第１
電極層上に、光電変換層８１、８２、８３、８４、８５
及び８６をマスクを介してプラズマＣＶＤ法によって堆
積させた。但し、光電変換層は図８及び図９に示すよう
に、図７のＦ−Ｆ’及びＥ−Ｅ’方向において適当な間
隙を設けて形成した。

【００３４】次に、実施例１と同様にして、各々の光電
変換層上に、第２電極層９１、９２、９３、９４、９５
及び９６をマスクを介して堆積させた。このようにする
ことで、図７で示すように、ガラス基板３上に３つの薄
膜太陽電池セルが集積した複数のグループを形成するこ
とができ、隣接するグループ間には所定の間隔が形成さ
れている。

【００３５】次に、上記の方法で作製した薄膜太陽電池
セルを用いて、薄膜太陽電池モジュールを以下のように
して作成した。表面保護材料として、薄膜太陽電池セル
のガラス基板３より若干大きなサイズの、厚さ３．２ｍ
ｍの強化ガラス１の上に、強化ガラス１と同じ大きさの
ＥＶＡ樹脂２を置き、さらにその上に薄膜太陽電池セル
をガラス基板面（受光面）を下にして置いた。薄膜太陽
電池セルの出力を、モジュールの両端から取りだせるよ
うにセルにリード線を付けた後、強化ガラス１と同じ大
きさのＥＶＡ４、透光性の裏面保護フィルム（裏面封止
材料）５を重ねた。次いで、ラミネート装置に入れ、各
部材間の脱気を行いながら熱癒着させた。このようにし
て、図７に示すような薄膜太陽電池モジュール１００を
得ることができた。

【００３６】上記薄膜太陽電池モジュールは、ＡＭ１．
５の照射光下において、有効発電面積で換算して、Ｊｓ
ｃ＝１５．０ｍＡ／ｃｍ²、Ｖｏｃ（薄膜太陽電池セル
１枚当たり）＝０．９０Ｖ、Ｆ．Ｆ．＝０．７２、Ｐｍ
ａｘ＝９．５ｍＷ／ｃｍ²、光電変換効率＝９．５％で
あった。上記のプロセスによって作製された薄膜太陽電
池モジュールは、実施例２のモジュールにくらべ、更に
高電圧の出力を得ることができた。

【００３７】実施例４〜６薄膜太陽電池セルの第２電極層と光電変換層の平面形状
を図１０（実施例４）、１１（実施例５）、１２（実施
例６）の形状にすること以外は実施例１と同様にして、
薄膜太陽電池モジュール１００を形成した。得られた薄
膜太陽電池モジュールは、透光性に優れているだけでな
く、デザイン性も優れていた。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、採光性に優れた薄膜太
陽電池モジュールを得ることができる。更に、薄膜太陽
電池セルの第２電極層と光電変換層を所望の形状にパタ
ーニングすることができるので、本発明の薄膜太陽電池
モジュールはデザイン性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図
である。

【図２】図１の薄膜太陽電池モジュールのＡ−Ａ’方向
の概略断面図である。

【図３】図１の薄膜太陽電池モジュールのＢ−Ｂ’方向
の概略断面図である。

【図４】本発明の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図
である。

【図５】図４の薄膜太陽電池モジュールのＣ−Ｃ’方向
の概略断面図である。

【図６】図４の薄膜太陽電池モジュールのＤ−Ｄ’方向
の概略断面図である。

【図７】本発明の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図
である。

【図８】図７の薄膜太陽電池モジュールのＥ−Ｅ’方向
の概略断面図である。

【図９】図７の薄膜太陽電池モジュールのＦ−Ｆ’方向
の概略断面図である。

【図１０】本発明の薄膜太陽電池モジュールの概略平面
図である。

【図１１】本発明の薄膜太陽電池モジュールの概略平面
図である。

【図１２】本発明の薄膜太陽電池モジュールの概略平面
図である。

【図１３】従来の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図
である。

【図１４】図１３の薄膜太陽電池モジュールのＧ−Ｇ’
方向の概略断面図である。

【符号の説明】

１、６強化ガラス２、４、７、９ＥＶＡ樹脂３、８ガラス基板５、１０裏面封止材料１１、１２、１３、４１、４２、４３、７１、７２、７
３、７４、７５、７６、１０１、１０２、１０３第１
電極層２１、２２、２３、５１、５２、５３、８１、８２、８
３、８４、８５、８６、１１１、１１２、１１３光電
変換層３１、３２、３３、６１、６２、６３、９１、９２、９
３、９４、９５、９６、１２１、１２２、１２３第２
電極層１００薄膜太陽電池セル２０１、２０２、２０３、２１１、２１２、２１３、２
２１、２２２、２２３分割部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に透明な第１電極層、光電変換層
及び第２電極層をこの順で積層させた複数の太陽電池セ
ルを形成し、更に第２電極層側上に裏面封止材料で覆っ
て太陽電池モジュールとし、光電変換層及び第２電極層
との平面の最大面積が基板の表面積に対し９０〜３０％
を占め、裏面封止材料が透光性材料からなることを特徴
とする薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】太陽電池モジュールが、複数の薄膜太陽
電池セルからなるグループを複数備え、グループ内の薄
膜太陽電池セルが相互に直列で接続されている請求項１
のモジュール。
【請求項３】グループが、隣接する他のグループと透
明電極により直列又は並列で接続されている請求項２の
モジュール。
【請求項４】光電変換層が、１層又は複数層からなる
請求項１〜３のいずれか１つのモジュール。
【請求項５】光電変換層が、非結晶シリコンを主成分
として含む請求項１〜４のいずれか１つのモジュール。