JPS60123073A - 薄膜太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は可撓性基板上に形成したアモルファスシリコン
などの薄膜を備える薄膜太陽電池に関する。

〔従来技術とその問題点〕

シランガスのグロー放電分解で形成されるアモルファス
シリコン（以下ａ　−Ｓ　％と記す）を用いるａ−８ｉ
太陽電池は、低コスト太陽電池のホープとして効率向上
のための多くの研究、開発が進められている。このａ　
−Ｓ　、ｉ太陽電池は、気相成長で形成されるため、大
面積化に適しており、また２００〜３００℃の低温で製
造可能なため、基板材料の選択に大幅な自由度がある。

さらに作成されたａ−８ｔ膜の基板に対する密着性が良
いために、可撓性基板を採用しても基板の曲げなどによ
る特性劣化がほとんどみられない。

第１図はそのような薄膜太陽電池の一例を示し、基板１
は厚さ５０μｍ〜１００μｍの、例えばポリイミドのよ
うな高分子材料からなる絶縁性薄膜であり、その上にス
テンレス鋼、クロム、チタン。

モリブデン等の高融点金属のスパッタリング、電子ビー
ム蒸着により形成された金属電極２、シランガスにジボ
ランガスを１チ混入した反応ガスを１〜１０　ｔｏｒｒ
に制御し、高周波電界によるグロー放電プラズマ中で分
解して２００〜３００℃に加熱した基板上に堆積させた
ｐ型ａ　−Ｓ　ｌ膜３が積層されている。さらにこの上
にシランガスのグロー放電分解により約０．５μｍの厚
さのノンドープａ　−Ｓ　ｉ　ＪＩＩ　４　、シランガ
スにフオスヒンガス１％を混入した反応ガスの分解によ
りｎ型ａ−８ｉ膜５が形成されている。膜３，４，５か
らなるｐ−１−ｎ型ａ−８ｉ層６の上に透明電極７が被
着する。透明電極７は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）
　、　Ｓｎｏｗ　（錫酸化物）などから成り、７００〜
２０００Ｘの膜厚にスパッタリング、電子ビーム蒸着、
熱ＣＶＤ等の方法で形成されている。

第２図は、第１図の構造が直列接続された太陽電池を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図であ
る０可撓性絶縁基材１の上に、短冊状の金属電極２が図
では３側設けられ、そのほかに端子電極２１が同様に形
成されている。これらの電極は蒸着の際に金属マスクを
用いることによって形成できる。この上にｐｉｎ接合を
有するａ　−Ｓ　ｉ層６の３領域が短冊状に分離して設
けられている。

このａ−８ｉ層６の各領域は基板上に全面に形成された
ａ−８ｉ層をフォトエツチング技術を用いて分割するこ
とによって形成できる。さらにこの上に透明電極７が金
属マスクを用いることにより三つに分離して形成されて
いる。このようにして金属電極２．ａ−８ｉ層６．透明
電極７からなる太陽電池素子１１，１２．１３が直列接
続され、その出力は左端太陽電池１１の電極の端部２０
および端子電極２１から取り出すことができる。

このような太陽電池に透明電極の側から光が入射する。

しかし端子２０．２１は絶縁基板の光入射側に存在し、
この太陽電池の出力特性を測定する場合に光入射側の端
子２０．２１にリード線を接続しなければならない。こ
の場合、リード線あるいはその先端の端子が光を遮蔽し
ないようにする必要がある。また第２図に示した太陽電
池をさらに直列に接続する場合、基板１を隣接させ、金
な配慮のもとで接続する必要があり、接続手段について
の制限があり、手数がかかる欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は不透明な可撓性基板上に設けられた太陽電池の
接続についての上述の欠点をなくシ、簡単に接続するこ
とのできる端子を有する太陽電池を提供することを目的
とする。

〔発明の要点〕

本発明によれば可撓性絶縁基板の表面上に積層された第
一電極、半導体薄膜および透明な第二電極からなる太陽
電池素子が複数設けられ、第二電極が隣接素子の第一電
極あるいは基板表面上に別に設けられた端子電極に重な
ることにより各素子が直列接続される薄膜太陽電池にお
いて、基板の裏面上に金属層からなる少なくとも二つの
端子電極を有し、その端子電極が表面の端末素子の第一
電極および端子電極とそれぞれ導電的に連結されること
によって上記の目的が達成される。裏面の端子電極は端
部で１８０°折り曲げられた可読性基板上に存在する表
面側の端末素子の第一電極および端子電極の延長部であ
ってもよく、あるいは表面側の端末素子の第一電極およ
び端子電極の背後の位置に存在して基板を通ずる穴を満
たす導電材料よってそれらとそれぞれ接続された電極で
あってもよい。

〔発明の実施例〕 第３図は本発明の一実施例を示し、第２図と同様に三つ
の太陽電池１１，１２．１３が形成されているが、端末
の太陽電池１１の電極２０および端子電極２１は延長さ
れており、その延長部において可撓性基板１の端部３１
が１８００折り曲げられて接着剤３２により接着されて
いる。接着剤３２としては商品名アロンアルファ等の瞬
間接着剤を用いると作業が容易である。こうすることに
より可撓性基板１の光入射側と反対の面に金属電極２２
を形成することができた。

第４図は別の実施例で、可撓性基板１の表面上の太陽電
池の両端の電極２０．２１の背面側に電極２２が蒸着金
属層から形成されている。この電極２２内に基板１を通
して穴３３が形成されている。この穴３３は電極２２の
形成前または形成後にパンチ等で明けられる。穴３３の
直径は２００μｍ〜１　ｍｓ程度で基板の膜厚に比して
太きい。この人３３に導電性接着剤、例えば銀ペースト
３４を滴下することにより銀ペーストが広がり、金属電
極２０あるいは端子電極２１と裏面電極２２の双方を濡
らし、表裏電極を導通状態にする０この結果、第３．第
４図の何れの場合も裏面電極２２を端子として、光の遮
蔽を顧慮することなく外部リード線と接続することがで
きる。

第５図においては本発明によるａ−８ｔ太陽電池が大面
積の可撓性基板上に形成されている。第５図（ｂ）、（
ｃ）は第５図（ａ）のＸ−Ｘ線、ｙ−ｙ線断面をそれぞ
れ示す。太陽電池素子１０は３個ずつ直列接続されたも
のが縦横に配置されている。第５図（ｃ）から分かるよ
うに、金属電極２はＹ−Ｘ線方向には連続であり、ａ−
８ｉ層６もＹ−Ｙ線方向に連続であるが、直列接続され
た太陽電池１０の列相互間に大きな穴３５が明けられて
いる。この穴３５はａ−８ｉ層６形成の際のパターニン
グにより同時に形成される。直列接続された太陽電池１
０の縦横相互間に穴３５より小さい穴３６が金属電極２
および基板１を通して明けられている。

Ｙ−Ｙ線方向の太陽電池の間に明けられる穴３６は穴３
５（！：同心であることが好都合である。この穴３６の
太陽電池と反対側に電極２２が形成されることは第４図
の場合と同様である。この太陽電池はカッターまたはは
さみで切取線４１または４２によって切断する。切取線
４１はＹ−Ｙ線方向に並んでいる並列接続太陽電池ユニ
ットを切り離し、切取線４２はＸ−Ｘ線方向に形成され
ている直列接続太陽電池ユニットを切り離すことｌこな
る。電流が多く必要で電圧が低くてよい太陽電池モジュ
ールを形成する場合は、切取線４２の切離しを行うこと
により、電圧が大きいモジュールが必要な場合は、切取
線４１の切離しを行って、それらを接続することによっ
て任意の電圧、電流のモジュールを形成することができ
る。第５図の例においては、３直列接続薄膜太陽電池ユ
ニットを切り離しのできる最小単位として描いたがこれ
に固定されるものでなく、必要に応じて最小単位の直列
数は任意に選ぶことができる。

第６図は第５図で切り離した太陽電池ユニットを接続す
る場合の例を示す。この例は切取線４２で切り離した場
合であるが、切取線４１で切り離した場合も同様である
。穴３６は切断によって断面半円形となっており、２枚
の３直列太陽電池ユニツ）６１，６２を穴３６の中心を
揃えるよう屹して重ね、導電性接着剤３４で接着すれば
重なり合った太陽電池ユニット６１．６２の端末の表面
金属電極２０および裏面電極２２が共通に導通状態にな
り、二つの３直列太陽電池ユニット６１゜６２が直列に
接続できる。第６図は厚さ方向が誇張して描かれており
、基板１の厚さは約１００μｍ。

穴３６の径は約Ｑ、　５　ｔｎｍであるので、太陽電池
６１゜６２を重ねて一方から導電性接着剤３４を流しこ
むだけで接続できる。

第７図は第５図と異った実施例を示し、第７図（ｂ）、
　（ｅ）はそれぞれ第７図（ａ）のＸ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線
断面図である。この場合は穴３６の代りｉこ二つの隣接
した穴３７．３８を設けている。切取線４１゜４２はこ
れらの穴３７．３８の間を通るようになっている。第７
図ではａ−８ｉ層６はＹ−Ｙ線方向には連続でないが、
第５図のように連続状にして穴３７．３８の部分のみや
や大きめに穴を明けてもよい。しかし第５図、第７図に
共通して云えることはＹ−Ｙ線方向に透明電極７は不連
続であって、穴３６または３７，３８の存在するところ
は存在しない。これは、切り離したとき透明電極７と金
属電極２が短絡しないためである。

第８図は第７図の切り離した太陽電池ユニットの接続状
態を示す。この場合は穴３７．３８が円形であるので第
６図の場合に比して位置合せが容易で、かつ接着剤が外
へ漏れでることが少ない利点がある。

第９図に、上記のように切断した薄膜太陽電池ユニット
を接続したモジュールの例を示す。適当な大きさの太陽
電池ユニット６１〜６４のうちまず一つのユニット６１
を半導体薄膜６の側でガラス板８に、例えばエポキシ系
の接着剤ではりつける。つづいて次のユニット６２を第
５図の構造の場合は穴３６、第６図の構造の場合は穴３
７．３８の中心が一致するように重ね、ガラス板８の面
と接しているところを同様に接着剤ではりつける。

次に穴３６または３７．３８に導電性接着剤を流しこみ
、重なっている電極の電気的接続を行う。

このようにして各ユニットをはりつけた後、保護膜９を
、例えばエポキシ系樹脂で被着する。このようなモジュ
ールは、例えばビルのガラス窓にはりつけることにより
壁紙のようなインテリアとして利用することもできる。

その場合は室内へ光をとり入れるため、なるべく透明度
の高い可撓性基板１、保護膜９を用いる必要がある。あ
るいは金属電極２を透明電極にすることも有効である。

また金属電極２の形状、穴３６．３７．３８の大きさ、
配置も装飾的な観点から適宜製作することができる。

第１０図は第３図に示した太陽電池ユニットを用いた例
である。ユニット６５〜６８を互に隣接するように並べ
、ガラス基板８に半導体薄膜６の側で接着する。その後
導電性接着剤３４を図示のように付着させることにより
各ユニット６５〜６８を直列または並列に接続すること
ができることは第９図の場合も同様であるが、各ユニッ
トをガラス板８に固定した後、光入射面と反対側から各
ユニット間の接続を行うので、作業の自動化も容易であ
る利点を有する〇 以上の実施例で電極の接続に導電性接着剤を用いたが、
可撓性基板に耐熱性があればはんだを用いることもでき
る。

〔発明の効果〕

本発明は可撓性絶縁基板の表面上に形成される薄膜太陽
電池の出力電極を、電極延長部において基板を１８００
折り曲げるか、あるいは基板の貫通孔に満たされる導電
接着材のような導電材料により接続することにより基板
の裏面側に設けるものである。これにより出力電極間あ
るいは出力電極と外部リード線間の接続が基板の裏面側
で行うことができるため光の入射を遮蔽するおそれがな
く、接続手段を任意に選択することができる。さらにこ
のような太陽電池を大面積の可撓性基板上に多数形成し
、任意の大きさに切断して裏面電極を利用し接着等で接
続することにより、顧客の必要とする電圧、電流容量の
モジュールを容易に形成することができる。またこのよ
うな太陽電池を窓等にはりつけることもできるので、装
飾を重点とする場合は太陽電池の金属電極あるいは接続
のための貫通孔により種々の模様を描くことも可能とな
る。あるいは金属電極を透明電極に変更すると、さらに
デザインの自由度が広がる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はａ−８ｔ太陽電池の断面図、第２図は直列接続
部太陽電池の一例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ線断面図、第３図は本発明の一実施例の断面図
、第４図は別の実施例の断面図、第５図は大面積可撓性
基板上に形成される本発明によるａ−８ｔ太陽電池を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図
、（ｃ）はＹ−Ｙ線断面図、第６図は第５図の基板から
切り出された太陽電池ユニットの接続方式の一実施例の
要部断面図、第７図は大面積可撓性基板上に形成される
本発明によるａ−８ｉ太陽電池の別の実施例を示し、（
ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ
）はＹ−Ｙ線断面図、第８図は第７図の基板から切り出
された太陽電池ユニットの接続方式の一実施例の要部断
面図、第９図は第４図に示す構造の太陽電池ユニットか
らなる太陽電池モジュールの一実施例の要部断面図、第
１９０図は第３図に示す構造の太陽電池ユニットからな
る太陽電池モジュ・−ルの一実施例の要部断面図である
。 １・・・可撓性絶縁基板、２・・金属電極、６・・・ａ
　−Ｓｔ層、７・・透明電極、１ｏ・・・太陽電池素子
、２２・・・裏面電極、３３，３６，３７，３８・・穴
、３４・・・導電性接着剤。 第１図 第２図 第３図 第４図 第８図 第５図 第７図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）可撓性絶縁基板の表面上に積層された第一電極、半
   導体薄膜および透明な第二電極からなる太陽電池素子が
   複数膜けられ、第二電極が隣接素子の第一電極あるいは
   基板表面上に別に設けられた端子電極に重なることによ
   り各素子が直列接続されるものにおいて、基板の裏面上
   に金属層からなる少なくとも二つの端子電極を有し、該
   端子電極が表面の端末素子の第一電極および端子電極と
   それぞれ導電的に連結されたことを特徴とする薄膜太陽
   電池。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電池において、裏面の
   端子電極が端部で１８０°折り曲げられた可撓性基板上
   に存在する表面側の端末素子の第一電極および端子電極
   の延長部であることを特徴とする簿膜太陽電池。 ３）特許請求の範囲第１項記載の電池において、裏面の
   端子電極が表面側の端末素子の第一電極および端子電極
   の背後の位置に存在して基板を通ずる穴を満たす導電材
   料屹よってそれらとそれぞれ接続されたことを特徴とす
   る薄膜太陽電池０