(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来より、太陽電池として、ガラス基板上に発電層および電極層などを成膜して成る薄膜太陽電池が、利用されている。当該薄膜太陽電池は、一般的に複数の太陽電池セルが直列に接続されて構成されている。
【0003】
また、上記薄膜太陽電池の構成において、各太陽電池セルで発電した電気は、ガラス基板の両端辺部に形成された集電電極(バスバー)にて集電される。そして、集電電極により集電された電気は、引出線(リード線)によって取り出される。つまり、引出線は、集電電極に接続されており、また端子ボックスの端子にも接続されている。当該接続構成により、引出線は、集電電極で集電された電気を、端子ボックスへと導くことが可能となる。
【0004】
ここで、集電電極は、ガラス基板上に形成された太陽電池セルの電極層と電気的に接続されており、引出線は、太陽電池セルとは直接接続されていない(つまり、引出線は、集電電極を介して太陽電池セルとは電気的に接続されるが、太陽電池セル自身と引出線自身とは絶縁されている)。
【0005】
当該引出線の配設方法(引き出し方法)は、従来から提案されておりている(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
特許文献1に係る技術では、電極層の上に絶縁フィルムを配設し、当該絶縁フィルムの上に、引出線(リード線)を配置している。ここで、特許文献1には、端子ボックスを任意の位置に配置できるように、引出線の様々な配設形態が開示されている。
【0007】
なお、本発明に関連する従来技術(つまり、超音波振動接合処理を利用して、集電電極等を基板に接続する従来技術)も既に、複数存在している(特許文献2,3,4,5,6)。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本願発明では、太陽電池に配設される引出線の接合には、垂直方向に加圧しながら水平方向に超音波振動を印加する超音波接合法(超音波(振動)接合処理)を採用する。以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【0016】
<実施の形態>
まず、透明性を有する基板1(以下では、ガラス基板1とする)を用意する。そして、当該ガラス基板1の第一の主面上に、表面電極層2、発電層3および裏面電極層4を各々、所定のパターン形状にて形成する。当該工程までにより、薄膜太陽電池の基本構成が作成される。なお、表面電極層2、発電層3および裏面電極層4の全てを覆うように、第一の主面上方に、絶縁性を有する保護膜を積層させても良い。以下では、説明簡単化のため、保護膜を含めず説明を進める。
【0017】
ここで、ガラス基板1の第一の主面上に形成された、表面電極層2、発電層3および裏面電極層4が当該順に積層して成る積層構造(なお、保護膜も形成されている場合には、当該保護膜も含む)の全体を、太陽電池積層膜と称することとする。
【0018】
また、ガラス基板1は、第一の主面と、当該第一の主面と対向する第二の主面を有するが、ここでは、ガラス基板1の第二の主面側から光が入射するタイプの太陽電池について説明を行う。
【0019】
図1は、上記工程により作成された薄膜太陽電池の基本構成を示す平面図である。また、
図2は、
図1のA−A断面を示す断面図である。
【0020】
図1,2から分かるように、表面電極層2、発電層3および裏面電極層4は各々、ストライプ状に形成されている。また、
図2に示すように、表面電極層2、発電層3および裏面電極層4が当該順に積層している単位積層構造により、単位太陽電池セルP1が構成されている。各単位太陽電池セルP1において、表面電極層2および裏面電極層4はそれぞれ、発電層3と電気的に接続されている。
【0021】
また、
図2に示すように、一方の単位太陽電池セルP1を構成する発電層3および裏面電極層4は各々、他方の単位太陽電池セルP1を構成する表面電極層2と電気的に接続している。ここで、他方の単位太陽電池セルP1とは、一方の単位太陽電池セルP1に隣接する単位太陽電池セルである。当該構成から分かるように、
図2に示すように、複数の単位太陽電池セルP1が、
図1,2の左右方向に、直接に電気接続されている。
【0022】
ここで、ガラス基板1の厚さは、たとえば4mm程度以下の薄膜基板である。また、表面電極層2は、透明性を有する導電膜から成り、たとえばZnO、ITOあるいはSnO
2を採用することができる。また、当該表面電極層2の厚さは、たとえば数十nm程度である。
【0023】
また、発電層3は、入射された光を、電気に変換することができる光電変換層である。当該発電層3は、膜厚が数μm程度(たとえば、3μm以下)の薄膜層である。また、当該発電層3は、たとえばシリコン等から構成されている。
【0024】
また、裏面電極層4は、たとえば銀を含む導電膜を採用できる。当該裏面電極層4の厚さは、たとえば、数十nm程度である。
【0025】
図3は、ガラス基板1の第一の主面上に、太陽電池積層膜ST1が成膜された様子を示す斜視図である。なお、
図3において、太陽電池積層膜ST1は、砂地により図示している。
【0026】
ここで、以後の説明の容易化のために、以下の名称を定義する。
【0027】
ガラス基板1の第一の主面は、
図3に示すように、矩形状の端縁部L1,L2,L3,L4を有する。当該端縁部L1,L2,L3,L4は、第一の端辺部L1、第二の端辺部L2、第三の端辺部L3、および第四の端辺部L4から構成されている。
【0028】
図3に例示する構成においては、第一の端辺部L1および第二の端辺部L2は、互いに対面して平行に並走しており、第三の端辺部L3および第四の端辺部L4は、互いに対面して平行に並走している。なお、
図3に示す構成例では、第一の端辺部L1は、第三の端辺部L3および第四の端辺部L4と垂直に交差しており、第二の端辺部L2においても、第三の端辺部L3および第四の端辺部L4と垂直に交差している。
【0029】
さて、太陽電池積層膜ST1形成後、ガラス基板1の各端面(各側面)に漏れ出している太陽電池積層膜ST1を除去する処理を行う。ここで、当該処理の際に、
図4に示すように、第一の端辺部L1側において、当該第一の端辺部L1に沿って、第一の主面上に形成された太陽電池積層膜ST1を部分的に除去し、ガラス基板の第一の主面の一部を露出させるガラス基板部分露出処理も行う。ここで、ガラス基板部分露出処理としては、たとえば、レーザトリミングやサンドブラスト等を採用することができる。
【0030】
当該ガラス基板部分露出処理により、
図4に示すように、第一の主面の第一の端辺部L1側において(第一の端辺部L1に接して)、当該第一の端辺部L1に沿って、ガラス基板露出部1Eが形成される。当該ガラス基板露出部1Eにおいて、第一の主面のガラス基板1が露出している。
【0031】
次に、
図5を参照して(
図5は、後述する超音波接合処理まで実施された後の構成図である)、引出線10A,10Bを、ガラス基板露出部1E上に、第一の端辺部L1に沿って配置させる。
【0032】
ここで、引出線10A,10Bは、太陽電池積層膜ST1とは接触させない。上記までの工程より明らかなように、引出線10A,10Bは、太陽電池積層膜ST1から露出したガラス基板1の第一の主面上に、直接接触している。また、引出線10A,10B自身は、太陽電池積層膜ST1自身とは、電気的に直接的には接続されていない。
【0033】
上記したように、引出線10A,10Bは、後述する集電電極から、当該集電電極で集電下電気を引き出すリード線である。また、引出線10A,10Bとしては、たとえば、アルミ、銅、および銅を銀などでメッキした導体などを採用できる。
【0034】
引出線10A,10Bをガラス基板露出部1E上に配置させた後に、当該引出線10A,10Bの上面に対して、スポット的に、超音波接合法を施す。超音波接合は、たとえば、後述する所定の形状のチップを有する接合ツールを用いて、実施されることが好ましい。
【0035】
具体的に、前記チップを引出線10A,10Bの上面に当接し、当該当接方向(ガラス基板1の方向)に所定の圧力を印加する。そして、当該圧力印加状態で、水平方向(圧力印加方向に垂直な方向)に、当該チップを超音波振動させる。これにより、引出線10A,10Bを、ガラス基板1の第一の主面上において直接、接合・固定させることができる。当該超音波接合処理を、引出線10A,10Bの上面の複数箇所において、各々実施する。
【0036】
当該超音波接合処理後の様子を、
図5の平面図に示す。
図5において、符号15は、超音波振動処理が施された圧痕15である。
図5に示すように、引出線10A,10Bの線方向に沿って、複数の圧痕15が、スポット的(点在して)に存在する。
【0037】
また、
図5に示すように、引出線10A,10Bは、2本配設されている。一方の引出線10Aは、第三の端辺部L3側から、第一の端辺部L1に沿って延びており(つまり、一方の引出線10Aの一方の端部は、第三の端辺部L3側に配置されている)、他方の引出線10Bは、第四の端辺部L4側から、第一の端辺部L1に沿って延びている(つまり、他方の引出線10Bの一方の端部は、第三の端辺部L4側に配置されている)。
【0038】
ここで、超音波接合処理後において、各引出線10A,10Bの各他方の端部10T1,10T2を、ガラス基板1の第一の主面に対して、立ち上げる工程を施す。当該工程により、
図5に示すように、一方の引出線10Aの他方の端部10T1と、他方の引出線10Bの他方の端部10T2とは、ガラス基板露出部1E上において、垂直方向に立ちあがる。
【0039】
なお、一方の引出線10Aの他方の端部10T1と、他方の引出線10Bの他方の端部10T2とは、ガラス基板露出部1E上方において、所定の間隔だけ隔てて対面している。また、一方の引出線10Aの他方の端部10T1および他方の引出線10Bの他方の端部10T2は、端子ボックス(ジャンクションボックスまたはターミナルボックス)の端子へと接続される。
【0040】
つまり、後述する集電電極で集電された電気は、外部に存する端子ボックスなどに供給する必要がある。したがって、集電電極と端子ボックスなどに配設された外部端子とを電気的に接続する、引出線10A,10Bの配設が必要となる。
【0041】
また、上述した所定の形状のチップとは、下記のようなものである。
【0042】
図6に示すように、チップ1cの部材(引出線10A,10B等)と当接する面では、複数の平面部10が、複数の凹部11により、互いに分離形成される。ここで、当該平面部10の平面度が高精度に形成される。また、凹部11間の間隔Pは1.0mm以下程度、凹部11の最深部までの深さDは0.15mm以下程度に設定される。当該形状のチップ1cを採用し超音波接合法を実施することにより、薄厚であるガラス基板1に対してダメージを与えることを防止できる。
【0043】
または、
図7に示すように、当該チップ1cの当接側面には、上記複数の平面部10および凹部11に、微細な凹凸形状が形成されていても良い。
図7に示す構成の当該チップ1cを採用することにより、より低エネルギーの超音波振動印加によって、超音波振動接合を支障なく実現することができる。
【0044】
さて、引出線10A,10Bをガラス基板1上に直接固着させた後、次に、太陽電池積層膜ST1上の所定の位置に、集電電極20A,20Bを配置する。ここで、集電電極20A,20Bとして、たとえば、銅またはアルミニウムを含む導体を採用することができる。
【0045】
図8に示すように(
図8は、後述する、集電電極20A,20Bに対する超音波接合処理実施後の図である)、一方の集電電極20Aは、第三の端辺部L3側において、当該第三の端辺部L3に沿って、延設されている。ここで、一方の集電電極20Aの一方の端部は、第一の端辺部L1側において、一方の引出線10Aの一方の端部の上に重なっており、一方の集電電極20Aの他方の端部は、第二の端辺部L2側に存する。また、他方の集電電極20Bは、第四の端辺部L4側において、当該第四の端辺部L4に沿って、延設されている。ここで、他方の集電電極20Bの一方の端部は、第一の端辺部L1側において、他方の引出線10Bの一方の端部の上に重なっており、他方の集電電極20Bの他方の端部は、第二の端辺部L2側に存する。なお、
図1の上下方向に沿って、各集電電極20A,20Bは延設している。
【0046】
集電電極20A,20Bを太陽電池積層膜ST1上に配置させた後に、引出線10A,10Bの接合処理と同様、当該集電電極20A,20Bの上面に対して、スポット的に、超音波接合処理を施す。
【0047】
具体的に、チップを集電電極20A,20Bの上面に当接し、当該当接方向(ガラス基板1の方向)に所定の圧力を印加する。そして、当該圧力印加状態で、水平方向(圧力印加方向に垂直な方向)に、当該チップを超音波振動させる。これにより、集電電極20A,20Bを、太陽電池積層膜ST1上において、接合・固定させることができる。当該超音波接合処理を、集電電極20A,20Bの上面の複数箇所において、各々実施する。
【0048】
当該超音波接合処理後の様子を、
図8の平面図に示す。
図8において、符号25は、超音波振動処理が施された圧痕25である。
図8に示すように、集電電極20A,20Bの線方向に沿って、複数の圧痕25が、スポット的(点在して)に存在する。
【0049】
なお、一方の集電電極20Aと一方の引出線10Aとの重なる部分も超音波接合処理が施され、一方の集電電極20Aと一方の引出線10Aとの固定、一方の引出線10Aのガラス基板1に対する固定の確実性を向上させている。同様に、他方の集電電極20Bと他方の引出線10Bとの重なる部分も超音波接合処理が施され、他方の集電電極20Bと他方の引出線10Bとの固定、他方の引出線10Bのガラス基板1に対する固定の確実性も向上させている。
【0050】
上記超音波振動処理によって、集電電極20A,20Bが太陽電池積層膜ST1と直接、電気的に接続(接合)される。このように、集電電極20A,20Bが太陽電池積層膜ST1と電気的に接合されることにより、太陽電池モジュールにおいて、当該集電電極20A,20Bは、太陽電池積層膜ST1で発電した電気の「集電用電極」であるバスバー電極として機能する。
【0051】
つまり、直列に接続された各単位太陽電池セルP1で発電した電気を、集電電極20A,20Bに集約される。ここで、
図8において、たとえば、一方の集電電極20Aはカソード電極として機能し、他方の集電電極20Bはアノード電極として機能する。
【0052】
また、超音波接合処理により、集電電極20A,20Bは、少なくとも裏面電極層4と電気的に接合する(または、裏面電極層4および発電層3、または裏面電極層4および発電層3および表面電極層2と、電気的に接合する)。
【0053】
超音波接合処理を含む以上までの工程により、太陽電池積層膜ST1に接合された集電電極20A,20Bと、当該集電電極20A,20Bに接続され、ガラス基板1の第一の主面に直接接合された引出線10A,10Bとを、太陽電池積層膜ST1が形成されたガラス基板1において配設することができる。
【0054】
以上のように、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法では、ガラス基板1の第一の主面に、太陽電池積層膜ST1を形成する。そして、太陽電池積層膜ST1の一部を除去し、ガラス基板1の第一の主面を部分的に露出させる。そして、引出線10A,10Bを露出している第一の主面上に直接配置させ、当該引出線10A,10Bに対して超音波振動接合処理を施す。
【0055】
このように、ガラス基板1に直接、引出線10A,10Bを配置し、超音波接合処理を施すことにより、引出線10A,10Bを、ガラス基板1に強固に接合・固定させることができる。当該強固な引出線10A,10Bの固定により、ラミネート加工中にリード線が曲がることも防げる。また、引出線10A,10Bの固定に際して、粘着テープ、接着剤または半田等の固定材が不要である。これにより、太陽電池の製造コストを大幅に削減させることができる。
【0056】
また、超音波接合処理では、非常に短い期間だけ超音波振動を印加するだけで済む。したがって、たとえば半田固定を採用したときと比べて、半田ごてを常時加熱しておくようなエネルギーの無駄を、本実施の形態に係る発明では防止できる。また、半田付け接合処理と超音波接合処理とを比較した場合、超音波接合処理の方がより短時間の処理である。したがって、本実施の形態に係る発明では、接合処理の高効率化が実現できる。
【0057】
ここで、ガラス基板1の第一の主面に太陽電池積層膜ST1を形成した後、第一の主面からはみ出した太陽電池積層膜ST1を除去する工程は、従来より行われている。本実施の形態に係る太陽電池の製造方法では、当該工程の際に、上記ガラス基板部分露出処理によりガラス基板露出部1Eを設けている。つまり、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法において、余分な工程が含まれることもない。
【0058】
また、太陽電池積層膜ST1の形成の際に、ガラス基板露出部1Eをパターンとして有する太陽電池積層膜ST1の成膜も可能である。しかし、当該パターンを有する太陽電池積層膜ST1の成膜は高コスト化を招く。したがって、製造コストの削減の観点から、上記のように、ガラス基板1の第一の主面の全面に太陽電池積層膜ST1を成膜した後に、当該太陽電池積層膜ST1を部分的に除去し、ガラス基板露出部1Eを設ける方がより良い。
【0059】
なお、引出線10A,10Bをガラス基板1の第一の主面における、たとえば略中央部に配設することも可能である。当該場合には、ガラス基板1の端辺部(上記説明では、第一の端辺部L1)以外における太陽電池積層膜ST1を除去する必要がある。しかし、このような太陽電池積層膜ST1の除去を行った場合には、太陽電池セルが分断されてしまい、発電効率が低下する。
【0060】
そこで、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法では、ガラス基板1の端辺部(上記説明では、第一の端辺部L1)における太陽電池積層膜ST1を、当該端辺部に沿って、除去している。そして、当該端辺部に沿って、引出線10A,10Bを配置し、ガラス基板1に直接接合させている。
【0061】
したがって、太陽電池の発電効率の低下を防止しつつ、ガラス基板1の第一の主面に引出線10A,10Bを強固に接合・固定させることができる。
【0062】
また、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法では、引出線10A,10Bの端部10T1,10T2を、ガラス基板1の第一の主面に対して、立ち上げる工程も含まれている。したがって、引出線10A,10Bを端子ボックスの端子へと容易に接続されることができる。
【0063】
なお、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法で説明した、引出線10A,10Bの配設、集電電極20A,20Bの配設、超音波接合処理、および引出線10A,10Bの端部10T1,10T2の立ち上げ処理などは、太陽電池製造装置において、自動的に実施される。
【0064】
また、上記では、ガラス基板1の第二の主面側から光が入射するタイプの太陽電池について説明したが、ガラス基板1の第一の主面側から光を入射させるタイプの太陽電池においても、本発明は適用できる。つまり、後者のタイプの太陽電池の場合においても、第一の主面側に形成された太陽電池積層膜ST1を部分的に(より具体的には、ガラス基板1の端辺部側において、当該端辺部に沿って)除去し、露出したガラス基板1の第一の主面に引出線10A,10Bを配設し、当該引出線10A,10Bに対して超音波接合処理を施すことも可能である。
【0065】
なお、後者のタイプの太陽電池の場合においては、第一の主面側からの光が引出線10A,10Bによってブロックされることを防止する観点からも、引出線10A,10Bは、ガラス基板1の端辺部側に配設・接合されることが好ましい。