CN102292819A - 太阳能电池组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池组件，包括：多个太阳能电池单元(21)，包含层积体(12)，并以串联方式电连接，该层积体(12)依次层积有第一电极层(13)、发电层(14)和第二电极层(16)；划痕线(20)，对多个所述太阳能电池单元(21)之中彼此相邻的太阳能电池单元(21)进行分区；划痕孔(30)，以贯穿所述发电层(14)与所述第二电极层(16)的方式形成；以及旁路通路，由在所述划痕孔(30)的周边产生的分路区域(31)构成。

Description

太阳能电池组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池组件及其制造方法。
本申请基于2009年3月10日申请的特愿2009-056777号主张优先权，在此援用其内容。
背景技术
从有效利用能量的观点出发，近年来，太阳能电池正越来越被广泛而普遍地利用。特别是利用硅单晶的太阳能电池，每单位面积的能量转换效率优异。但是，另一方面，由于利用硅单晶的太阳能电池使用将硅单晶结晶块切割后的硅片，而结晶块的制造需要耗费大量能量，因此制造成本较高。特别是实现在室外等设置的大面积的太阳能电池时，如果利用硅单晶来制造太阳能电池，就目前来说是相当花费成本的。因此，利用了可更廉价制造的非晶(非晶质)硅薄膜的太阳能电池，作为低成本的太阳能电池正在普及。
非晶硅太阳能电池使用被称为pin结的层结构的半导体膜，该半导体膜是通过p型和n型的硅膜将接收光时产生电子和空穴的非晶硅膜(i型)夹住的层结构。在该半导体膜的两个面上，分别形成有电极。由太阳光产生的电子和空穴，因p型与n型半导体的电位差而活跃地移动，通过这样连续地反复，在两个面的电极上产生电位差。
作为这种非晶硅太阳能电池的具体结构，例如采用如下结构，即在玻璃基板上将透明导电氧化物(TCO，Transparent Conductive Oxide)等透明电极作为下部电极来进行成膜，在其上形成由非晶硅构成的半导体膜和作为上部电极的Ag薄膜等。
在这种包括由上下电极和半导体膜构成的光电转换体的非晶硅太阳能电池中，存在如下问题，即如果只是在基板上以大面积均匀地对各层进行成膜，则电位差减小、电阻值增大。因此，例如，按照各规定尺寸，对光电转换体在电气上进行分区而形成太阳能电池单元，电连接彼此相邻的太阳能电池单元，从而构成非晶硅太阳能电池。
具体而言，采用如下结构，即通过对在基板上以大面积均匀形成的光电转换体，使用激光等，形成被称为划痕线(スクライブライン)的槽，得到多个薄长方形状的太阳能电池单元，并以串联方式电连接这些太阳能电池单元。
可是，在多个太阳能电池单元被串联连接的薄膜式硅太阳能电池中，如果多个太阳能电池单元之中的部分太阳能电池单元的输出(发电量)下降，则薄膜式硅太阳能电池组件整体的输出会显著下降。例如，在太阳能电池单元的制造工序中，当混入颗粒，或不均匀地形成电极，或电极产生不良状况时，或者当在光入射面上积有灰尘，或光入射面被阴影覆盖时，薄膜式硅太阳能电池组件整体的输出会下降。进而，输出下降的太阳能电池单元成为由多个太阳能电池单元构成的串联电路中的电阻，且在该太阳能电池单元的两端沿逆向施加有电压(偏置电压)。在这种情况下，电流集中于太阳能电池单元内的缺陷部位，导致发生局部加热的现象(热点现象)。存在因这种局部产生的热而造成太阳能电池单元的光电动势消失，太阳能电池单元被破坏的问题。
一直以来，为了避免输出下降与热点现象，已知一种通过在薄膜硅太阳能电池组件上并联连接旁路二极管，来降低施加到光电动势已消失的太阳能电池单元上的电压，从而防止光电动势已消失的太阳能电池单元被破坏的方法(例如，参照专利文献1)。进而，已知一种与划痕线平行地设置部分划痕线的技术(例如，参照专利文献2)等。
然而在这些技术中，存在因制造工序数量增加，且并联连接多个旁路二极管，从而导致成本增加等问题。
专利文献1：日本特开2001-068696号公报
专利文献2：日本特开2002-76402号公报
发明内容
为了解决上述课题，本发明的第一目的在于提供一种无需复杂结构，就能够防止热点现象，且可靠性优异的太阳能电池组件。
另外，本发明的第二目的在于提供一种不会增加太阳能电池组件制造中的工序数量、能够在既有的装置中使用、能够削减成本、能够防止热点现象、能够制造可靠性优异的太阳能电池组件的制造方法。
本发明的第一方式的太阳能电池组件包括：多个太阳能电池单元，包含层积体，并以串联方式电连接，所述层积体依次层积有第一电极层、发电层和第二电极层；划痕线，对多个所述太阳能电池单元之中彼此相邻的太阳能电池单元进行分区；激光划痕孔，以贯穿所述发电层与所述第二电极层的方式形成；以及旁路通路，由在所述激光划痕孔的周边产生的分路(シヤント)区域构成。
本发明的第一方式的太阳能电池组件，优选包括以贯穿所述发电层与所述第二电极层的方式形成的多个激光划痕孔。
这里，多个激光划痕孔的排列方向可以为与划痕线平行的方向，也可以为与划痕线正交的方向，还可以为以规定角度与划痕线交叉的方向。
本发明的第二方式的太阳能电池组件的制造方法，在基板上形成层积体，所述层积体依次层积有第一电极层、发电层和第二电极层，通过形成划痕线，从而形成以串联方式电连接的多个太阳能电池单元，通过对所述发电层和第二电极层的一部分照射激光，从而形成贯穿所述发电层与所述第二电极层的划痕孔，通过照射所述激光时所产生的热，来形成旁路通路，所述旁路通路由在所述发电层和第二电极层的加工端面上产生的分路区域构成。
此外，本发明中的“太阳能电池组件”并不限定于具有单一发电层的单一单元，还包括层积有多个发电层的多结单元。
另外，“加工端面”是指与激光的照射方向大致平行的面。此外，分路区域是在与基板平行的方向上，从加工端面朝向发电层和第二电极层的内侧而形成的区域。这种分路区域形成于加工端面的附近，在与基板平行的方向上具有规定的深度。在该分路区域中，以低于发电层的电阻连接第一电极层与所述第二电极层，或者第一电极层、发电层和第二电极层在电气上短路。
本发明的太阳能电池组件包括以贯穿发电层与第二电极层的方式形成的激光划痕孔。
据此，即使当多个太阳能电池单元中的一个发生问题而导致输出下降时，由于在激光划痕孔周边所产生的分路区域作为旁路通路来发挥作用，因此能够使电流流到旁路通路上。所以，能够降低施加到输出下降的太阳能电池单元上的电压，从而防止输出下降的太阳能电池单元被破坏。
其结果是在本发明的太阳能电池组件中，能够提供一种无需复杂结构，就能够防止热点现象，且可靠性优异的太阳能电池组件。
在本发明的太阳能电池组件中，通过照射激光，从而去除发电层和第二电极层的一部分，形成激光划痕孔。
在根据该方法得到的太阳能电池组件中，通过在形成激光划痕孔时所产生的热，在发电层和第二电极层的加工端面上形成分路区域。
其结果是在本发明的太阳能电池组件的制造方法中，不会增加工序数量，能够在既有的装置中使用该制造方法，能够削减成本，能够防止热点现象，能够制造可靠性优异的太阳能电池组件。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的放大立体图。
图2A是示出图1所示的太阳能电池组件的剖视图。
图2B是示出图2A所示的太阳能电池组件的放大剖视图。
图2C是示出图1所示的太阳能电池组件的剖视图。
图3A是示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的制造方法的剖视图。
图3B是示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的制造方法的剖视图。
图3C是示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的制造方法的剖视图。
图3D是示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的制造方法的剖视图。
图3E是示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的制造方法的剖视图。
图3F是示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的制造方法的剖视图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明所涉及的太阳能电池组件及其制造方法的实施方式进行说明。
此外，在各附图中，为了将各结构要素设为可在附图上识别的程度的大小，适当使各结构要素的尺寸和比率与实际有所不同。
图1是示出本发明的实施方式所涉及的非晶硅型太阳能电池组件的放大立体图。
图2A～图2C是示出图1的太阳能电池组件的层结构的剖视图。图2A是沿着图1的X1-X2线的剖视图。图2B是示出由图2A的符号A所示出的部分的放大剖视图。图2C是沿着图1的Y1-Y2线的剖视图。
本实施方式的太阳能电池组件10包括如下结构，即在基板11的第一面11a上形成有以串联方式电连接的多个太阳能电池单元21。太阳能电池单元21包括层积体12，该层积体12依次层积有第一电极层13、发电层14、缓冲层15和第二电极层16。在多个太阳能电池单元21之中，彼此相邻的太阳能电池单元形成有划痕线20。划痕线20形成在第一电极层13上，据此，多个太阳能电池单元21被分区。
在本实施方式的太阳能电池组件10中形成有激光划痕孔30(划痕孔)，该激光划痕孔30以贯穿发电层14、缓冲层15和第二电极层16的方式形成。在激光划痕孔30的周边，产生分路区域31，并设有由分路区域31构成的旁路通路。
据此，即使当多个太阳能电池单元中的一个发生问题而导致输出下降时，由于在激光划痕孔30周边所产生的分路区域31作为旁路通路来发挥作用，因此能够使电流流到旁路通路上。所以，能够降低施加到输出下降的太阳能电池单元上的电压，从而防止输出下降的太阳能电池单元被破坏。
其结果是在本实施方式的太阳能电池组件10中，无需复杂结构，就能够防止热点现象，能够获得优异的可靠性。
基板11由诸如玻璃或透明树脂等太阳光的透射性优异且具有耐久性的绝缘材料构成。在该太阳能电池组件10中，太阳光S射入基板11的第二面11b，该第二面11b是第一面11a的相反侧。
在层积体12中，在基板11的第一面11a上依次层积有第一电极层(下部电极)13、发电层14(半导体层)14、缓冲层15和第二电极层(上部电极)16。
第一电极层(下部电极)13由透明导电材料，例如二氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)等透光性金属氧化物形成。
发电层14(半导体层)14例如如图2B所示，具有在p型非晶硅膜14p与n型非晶硅膜14n之间夹着i型非晶硅膜14i的pin结结构。
当太阳光射入到发电层14时，产生电子和空穴，在p型非晶硅膜14p与n型非晶硅膜14n之间，电子和空穴变得活跃。通过连续地重复这种作用，从而在第一电极层13与第二电极层16之间产生电位差(光电转换)。
另外，优选在发电层14与在发电层14的上方形成的第二电极层16之间配置缓冲层15。通过在发电层14与第二电极层16之间配置缓冲层15，从而能够抑制硅从第二电极16扩散到发电层14中并进行反应。这种缓冲层15的材料为例如ZnO等。
第二电极层16(上部电极)16由例如Ag(银)或Al(铝)等具有导电性的光反射膜构成。该第二电极层16可以使用例如溅射法等成膜法来形成。
这种层积体12通过形成划痕线20，从而被分割为多个层积体。据此，例如在基板11a上形成具有薄长方形状外形的多个太阳能电池单元21。多个太阳能电池单元21在电气上被分区，彼此相邻的太阳能电池单元21以串联方式电连接。在这种结构中，具有上述层积体12的多个太阳能电池单元21全部以串联方式电连接。据此，能够得到具有高电位差和高电流量的电力。
划痕线20是例如在基板11的第一面11a上均匀地形成层积体12之后，通过对层积体12照射激光等而形成的。据此，在层积体12上形成具有规定间隔的槽。
特别是在本实施方式的太阳能电池组件10中，如图1和图2C所示，以贯穿发电层14、缓冲层15和第二电极层16的方式形成有多个激光划痕孔30。在激光划痕孔30的周边产生分路区域31，据此，旁路通路被设置。
如图1所示，多个激光划痕孔30排列在与划痕线20平行的线上。
在现有的太阳能电池单元中，当在光入射面(第二面11b)上积有灰尘，或该光入射面被阴影覆盖时，太阳能电池组件整体的输出会下降。进而，输出下降的太阳能电池单元成为由多个太阳能电池单元构成的串联电路中的电阻，且在该太阳能电池单元的两端沿逆向施加有电压(偏置电压)。在这种情况下，电流集中于太阳能电池单元内的缺陷部位，导致发生局部加热的现象(热点现象)。
与此相对，在本实施方式的太阳能电池组件10中，由于分路区域31作为旁路通路来发挥作用，因此能够抑制在太阳能电池单元中所产生的逆电压全部都集中于局部。据此，能够防止形成热点。
本发明并不限定形成激光划痕孔30的位置、激光划痕孔30的形状、激光划痕孔30的大小等。
依赖于形成激光划痕孔30的工序中的条件，太阳能电池的曲线因子(FF)有时会下降。例如，当把划痕孔30的数量增加到超过必要时，会导致特性下降。因此，优选确定划痕孔30的个数与形成划痕孔30的位置使得热点耐性得以获到，例如使得FF值在FF≥0.60的范围内。
具体而言，例如优选在层积体12上形成多个激光划痕孔30，多个所述划痕孔排列为线状。
据此，不会使特性下降，而能够有效地抑制热点形成。
接着，对具有上述结构的太阳能电池组件10的制造方法进行说明。
图3A～图3F是按照工序顺序来示出本发明的实施方式所涉及的太阳能电池组件的制造方法的剖视图。图3A～图3F分别与沿着图1的Y1-Y2线的剖视图相对应。
在本实施方式的太阳能电池组件的制造方法中，通过照射激光，从而去除发电层14、缓冲层15和第二电极层16的一部分，形成激光划痕孔30。进而，通过在照射激光时所产生的热，在发电层14、缓冲层15和第二电极层16的加工端面rd上，产生分路区域31。该分路区域31作为旁路通路来发挥作用。
其结果是在本实施方式的太阳能电池组件的制造方法中，不会增加太阳能电池组件制造中的工序数量，能够在既有的装置中使用该制造方法，能够削减成本，能够防止热点现象，能够制造可靠性优异的太阳能电池组件10。以下，按照工序顺序进行说明。
(1)首先，准备基板11。
基板11由诸如玻璃或透明树脂等太阳光的透射性优异且具有耐久性的绝缘材料构成。
(2)接着，如图3A所示，在基板11的第一面11a上形成第一电极层13。
该第一电极层13为由具有透光性的金属氧化物，诸如氧化锌铝(AZO，添加Al(铝)的ZnO)、氧化锌镓(GZO，添加Ga(镓)的ZnO)或氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)等透明导电氧化物(TCO，TransparentConducting Oxide)构成的TCO电极。
(3)接着，如图3B所示，在第一电极层13上形成发电层14的p型非晶硅膜14p、i型非晶硅膜14i以及n型非晶硅膜14n(参照图2B)。上述膜14p、14i、14n分别在用于形成各膜的专用的等离子体CVD反应室内形成。
p型非晶硅膜14p在反应室内通过等离子体CVD法形成。作为成膜条件，例如，基板温度被设定为180-200℃，电源频率被设定为13.56MHz，反应室内压力被设定为70～120Pa。另外，作为反应气体流量的条件，甲硅烷(SiH4)被设定为300sccm，氢(H2)被设定为2300sccm，含有氢作为稀释气体的乙硼烷(B2H6/H2)被设定为180sccm，以及甲烷(CH4)被设定为500sccm。
i型非晶硅膜14i在反应室内通过等离子体CVD法形成。作为成膜条件，例如，基板温度被设定为180～200℃，电源频率被设定为13.56MHz，反应室内压力被设定为70～120Pa。另外，作为反应气体流量的条件，甲硅烷(SiH4)被设定为1200sccm。
n型非晶硅膜14n在反应室内通过等离子体CVD法形成。作为成膜条件，例如，基板温度被设定为180～200℃，电源频率被设定为13.56MHz，反应室内压力被设定为70～120Pa。另外，作为反应气体流量的条件，含有氢作为稀释气体的磷化氢(PH3/H2)被设定为200sccm。
(4)接着，如图3C所示，在发电层14上通过溅射法依次形成缓冲层15和第二电极16。缓冲层15和第二电极层16例如使用直列式溅射装置，在同一装置内连续形成(成膜)。另外，也可以在第二电极层16上使用例如溅射法等来形成保护层17。
(5)接着，向发电层14、缓冲层15和第二电极层16照射例如激光光线等，来形成划痕线(スクライブライン)20。据此，层积体12被分割为多个层积体，从而能够得到多个薄长方形状的太阳能电池单元21。
多个太阳能电池单元21彼此在电气上被分区。另外，彼此相邻的太阳能电池单元21以串联方式电连接。
(6)接着，如图3D和图3E所示，通过对基板11的第二面11b中的规定部位照射激光r，从而去除发电层14、缓冲层15和第二电极16，形成激光划痕孔30。具体而言，通过用激光r的照射点rp在第二面11b上(第一电极层13上)进行扫描，从而去除在与该部位相对应的位置上所形成的发电层14、缓冲层15和第二电极16。多个激光划痕孔30排列在与划痕线20平行的方向上。
作为激光r，例如可以使用红外(IR，InfraRed)激光。通过使用振荡出红外线的激光振荡器，能够产生IR激光，并对基板11的第二面11b照射激光。
红外线为波长长于780nm的光，也被称作热线。红外线是产生很大热作用的光。
作为该IR激光，可以使用CO2激光或钇铝石榴石激光(YAG激光，Yttrium Aluminum Garnet Laser)。在使用YAG激光时，IR激光为基波(波长1064nm)，其点rp的直径可扩大到例如60μm以上。
当通过照射IR激光，来对上述发电层14、缓冲层15、第二电极16和保护层17进行蚀刻时，在上述层14、15、16、17的加工端面rd上，会产生损伤。具体而言，因照射激光时所产生的热，导致从层14、15、16、17被蒸发并去除的颗粒附着于加工端面rd上。这种颗粒主要是TCO。另外，因在发电层14所吸收的波长中含有红外波长，也会产生电迁移等损伤。据此，因在层14、15、16、17的加工端面rd上产生损伤，从而形成层14、15、16、17彼此在电气上短路的短路部，即形成分路区域31。
最后，如图3F所示，能够得到图1和图2A～图2C所示的太阳能电池组件10。
此外，在上述太阳能电池组件10的制造方法中，多个激光划痕孔30排列在与划痕线20平行的方向上，但是多个激光划痕孔30排列的方向也可以为与划痕线20正交的方向，还可以为以规定角度与划痕线交叉的方向。
在如此制造的太阳能电池组件10中，即使当多个太阳能电池单元中的一个发生问题而导致输出下降时，由于在激光划痕孔周边所产生的分路区域作为旁路通路来发挥作用，因此能够使电流流到旁路通路上。所以，能够降低施加到输出下降的太阳能电池单元上的电压，从而防止输出下降的太阳能电池单元被破坏。其结果是在太阳能电池组件10中，能够防止输出下降，能够防止热点现象，能够获得优异的可靠性。
实施例
下面对本发明的实施例进行说明。
在该实施例中，如下所示制作出太阳能电池组件。
首先，在透明基板上形成了第一电极层。
然后，在第一电极层上，将p型非晶硅膜、i型非晶硅膜以及n型非晶硅膜分别在用于形成各膜的专用的等离子体CVD反应室内形成，从而形成了发电层。
接着，在通过照射激光来分离发电层之后，在发电层上，使用溅射法依次形成了缓冲层和第二电极层。接着，向第一电极层、发电层和第二电极层照射激光光线，形成了划痕线(スクライブライン)。
接着，以贯穿发电层、缓冲层和第二电极的方式形成了激光划痕孔。
下面，对形成实施例1～8以及比较例中的激光划痕孔的条件进行说明。
(实施例1～4)
使用YAG激光(波长1064nm)形成了激光划痕孔。
束径为45μm。激光照射条件为0.7～1.0(J/cm2)。在实施例1～4中，在与划痕线平行的方向上形成了多个激光划痕孔。表1示出多个激光划痕孔的间隔。
(实施例5～8)
使用铝石榴石二次谐波产生激光(YAGSHG，Aluminum Garnet SecondHarmonic Generation Laser，波长532nm)形成了激光划痕孔。束径为45μm。激光照射条件为0.7～1.0(J/cm2)。在实施例5～8中，在与划痕线平行的方向上形成了多个激光划痕孔。表1示出多个激光划痕孔的间隔。
(比较例)
在比较例中，没有形成激光划痕孔。
对于实施例1～8的太阳能电池组件和比较例的太阳能电池组件，进行了热点试验。
作为各个太阳能电池组件的评价方法，将进行IEC-61646(2008)的热点耐性试验(以下也称作HS试验)之前的FF值与进行HS试验之后的FF值进行了比较。
表1示出评价结果。
Figure BDA0000077714030000121
(表1)
从表1明显看出，在没有形成激光划痕孔的比较例的太阳能电池组件中，如果对进行HS试验之前的FF值(初始值)与进行HS试验之后的FF值进行比较，则能够确认FF值发生了严重劣化。
与此相对，在形成了激光划痕孔的实施例1～8的太阳能电池组件中，如果对进行HS试验之前的FF值(初始值)与进行HS试验之后的FF值进行比较，则能够确认FF值的劣化得到了大幅抑制。
能够如此在实施例1～8中抑制FF值劣化的理由被认为是在激光划痕孔周边所产生的分路区域作为旁路通路而发挥作用。
以上对本发明的太阳能电池组件及其制造方法进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以施加各种变更。
在上述的太阳能电池组件中，作为组件结构，举出具有单一发电层的单一单元结构为例进行了说明，但本发明并不限定于该结构。在层积有多个发电层的多结单元中，也能够应用本发明的结构。
产业上的利用可能性
本发明可广泛应用于太阳能电池组件及其制造方法。
符号说明
10太阳能电池组件、11基板、12层积体、13第一电极层、14发电层、15缓冲层、16第二电极层、20划痕线、21太阳能电池单元、30激光划痕孔、31分路区域。

Claims (3)

1.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括：
多个太阳能电池单元，包含层积体，并以串联方式电连接，所述层积体依次层积有第一电极层、发电层和第二电极层；
划痕线，对多个所述太阳能电池单元之中彼此相邻的太阳能电池单元进行分区；
划痕孔，以贯穿所述发电层与所述第二电极层的方式形成；以及
旁路通路，由在所述划痕孔的周边产生的分路区域构成。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件，其特征在于，
包括以贯穿所述发电层与所述第二电极层的方式形成的多个划痕孔。
3.一种太阳能电池组件的制造方法，其特征在于，
在基板上形成层积体，所述层积体依次层积有第一电极层、发电层和第二电极层，
通过形成划痕线，从而形成以串联方式电连接的多个太阳能电池单元，
通过对所述发电层和第二电极层的一部分照射激光，从而形成贯穿所述发电层与所述第二电极层的划痕孔，
通过照射所述激光时所产生的热，来形成旁路通路，所述旁路通路由在所述发电层和第二电极层的加工端面上产生的分路区域构成。
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