JP2011176148A - Method of manufacturing solar cell module, and solar cell module obtained by using the same method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大面積の太陽電池モジュールを効率良く製造する方法およびそれを用いて得られた太陽電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a method for efficiently producing a large-area solar cell module and a solar cell module obtained by using the method.
近年、供給不足が懸念されるSi(シリコン)に代えて、電極基板上に、Cu(銅),In(インジウム),Ga(ガリウム),Se(セレン),S(硫黄),Zn(亜鉛),Sn(錫)などからなるカルコパライト系と呼ばれるI−III−VI族化合物により、化合物半導体層(光吸収層)を形成した薄膜太陽電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, Cu (copper), In (indium), Ga (gallium), Se (selenium), S (sulfur), Zn (zinc) are formed on the electrode substrate instead of Si (silicon), which is feared to be short of supply. A thin film solar cell in which a compound semiconductor layer (light absorption layer) is formed of a group I-III-VI compound called a chalcopyrite composed of Sn, tin, etc. has been actively developed.
この種のカルコパライト系太陽電池としては、CIS系太陽電池,CIGS系太陽電池,CIGSS系太陽電池,CZTS系太陽電池等が知られている。そして、このような太陽電池は、青板ガラス,金属箔,樹脂フィルム等の基板に裏面電極層を積層してなる電極基板に、バッチ式で、蒸着法により化合物半導体層(光吸収層)を形成して太陽電池セルをつくり、これを複数個組み合わせることが行われている(特許文献1を参照)。 As this kind of chalcopyrite solar cells, CIS solar cells, CIGS solar cells, CIGSS solar cells, CZTS solar cells and the like are known. And such a solar cell forms a compound semiconductor layer (light absorption layer) by a vapor deposition method on an electrode substrate formed by laminating a back electrode layer on a substrate such as blue plate glass, metal foil, and resin film. Thus, solar cells are produced and a plurality of these are combined (see Patent Document 1).
しかしながら、上記のような、化合物半導体層の形成にバッチ式の蒸着法を用いて得られる太陽電池セルは、一般的に約100mm角の正方形状であり、基板(蒸着基板)のサイズをこれ以上大きくすると、蒸着源の中心(真上)に相当する位置とその周囲とでは、上記化合物半導体層の電気的特性がばらつき、物性の均一性を保つのがむずかしくなる場合がある。そのため、上記方形状の太陽電池セルを組み合わせた従来の太陽電池モジュールの製造方法では、品質を保ちながらモジュールを大面積化することが難しいという問題があった。 However, the solar battery cell obtained by using the batch type vapor deposition method for forming the compound semiconductor layer as described above is generally about 100 mm square, and the size of the substrate (vapor deposition substrate) is larger than this. If it is enlarged, the electrical characteristics of the compound semiconductor layer may vary between the position corresponding to the center (directly above) of the vapor deposition source and its surroundings, and it may be difficult to maintain uniformity of physical properties. Therefore, in the conventional method for manufacturing a solar cell module in which the rectangular solar cells are combined, there is a problem that it is difficult to increase the area of the module while maintaining the quality.
また、太陽電池セルは、そのうちに1個所でも欠陥があると、セル全体が欠陥品となってしまうため、従来の方形,正方形等の電極基板のサイズを拡大していく方法では、製造歩留りが低下する可能性が高い。 In addition, if any one of the solar cells is defective in that time, the entire cell becomes a defective product. Therefore, in the conventional method of enlarging the size of the electrode substrate such as a square or a square, the manufacturing yield is increased. There is a high possibility of decline.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、均質な太陽電池セルを効率良く作製でき、これらを組み合わせることにより、品質が良好な大面積の太陽電池モジュールを低コストで製造することのできる太陽電池モジュールの製造方法およびそれを用いて得られた太陽電池モジュールの提供をその目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, A homogeneous photovoltaic cell can be produced efficiently, By combining these, large-sized photovoltaic module with good quality is manufactured at low cost. An object of the present invention is to provide a solar cell module manufacturing method that can be used and a solar cell module obtained by using the method.
上記の目的を達成するため、本発明は、複数の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、幅10〜80mmの長尺の帯状電極基板上に、蒸着法により化合物半導体層を形成して帯状太陽電池セルを得る工程Aと、上記帯状太陽電池セルを長さ方向に所定の寸法で切断して、ストリップ状太陽電池セルを得る工程Bと、上記ストリップ状太陽電池セルを電気的に複数接続して、太陽電池モジュールを得る工程Cと、を含む太陽電池モジュールの製造方法を第1の要旨とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for manufacturing a solar cell module including a plurality of solar cells, and a compound semiconductor layer is formed on a long strip electrode substrate having a width of 10 to 80 mm by a vapor deposition method. Forming a strip-shaped solar cell by forming the strip-shaped solar cell, cutting the strip-shaped solar cell by a predetermined dimension in a longitudinal direction to obtain a strip-shaped solar cell, and electrically connecting the strip-shaped solar cell The first gist is a method for manufacturing a solar cell module, which includes a step C of obtaining a solar cell module by connecting a plurality of devices.
また、本発明は、上記太陽電池モジュールの製造方法によって得られた太陽電池モジュールであって、複数のストリップ状太陽電池セルが、隣接する互いの長辺側部どうしを重ね合わせて配列され、これら各セル表面の電極とセル裏面の電極とが、上記重ね合わせ部位で接続されて、大面積化している太陽電池モジュールを第2の要旨とする。 Further, the present invention is a solar cell module obtained by the method for manufacturing a solar cell module, wherein a plurality of strip-shaped solar cells are arranged by overlapping adjacent long side portions, and these A solar cell module in which the electrode on each cell surface and the electrode on the back surface of the cell are connected at the above-described overlapping portion to increase the area is a second gist.
すなわち、本発明者らは、蒸着法では、長尺の物体を走行させながら連続して蒸着を行うと、得られる蒸着膜の物性が製品流れ方向に安定する点にヒントを得て、これを電極基板上に蒸着法により化合物半導体層を成膜する場合に応用することを着想した。そして、このとき、電極基板の幅を、先に述べた100mmを下回る、幅10〜80mmの狭幅にすることにより、基板幅方向の物性が安定することを見出し、本発明に到達した。 That is, in the vapor deposition method, the inventors obtained a hint that the physical properties of the vapor deposition film obtained are stabilized in the product flow direction when vapor deposition is performed continuously while running a long object. It was conceived to be applied to the case where a compound semiconductor layer is formed on the electrode substrate by vapor deposition. And at this time, it discovered that the physical property of a board | substrate width direction was stabilized by making the width | variety of an electrode substrate into the narrow width | variety of 10-80 mm of width smaller than 100 mm mentioned previously, and reached | attained this invention.
本発明は、このような所定幅の帯状長尺物を走行させながら、その上に蒸着法により化合物半導体層を連続的に形成するものであり、それによって、品質の安定した太陽電池セルを、高速かつ高収率で得るようにするものである。なお、本発明における長尺の「帯状」とは、製品流れ(長手)方向に連続する、テープ状,リボン状等を含む概念であり、「ストリップ状」とは、そのような長尺の薄板状物品を、長手方向に所定長さに切断した状態を示し、細長い長片状または短冊状等の形状を意味する。 The present invention is to continuously form a compound semiconductor layer by a vapor deposition method while running a strip-like long object having such a predetermined width, whereby a solar cell having a stable quality is obtained. It is intended to obtain at high speed and high yield. In addition, the long “strip shape” in the present invention is a concept including a tape shape, a ribbon shape, and the like that are continuous in the product flow (longitudinal) direction, and the “strip shape” is such a long thin plate. It shows a state where the shaped article is cut into a predetermined length in the longitudinal direction, and means a shape such as an elongated strip or strip.
また、本発明において、「太陽電池セル」とは、太陽光を電気エネルギーに変換する光起電力素子をいい、「太陽電池モジュール」とは、複数の太陽電池セルを電気的に接続したものをいう。 In the present invention, “solar battery cell” refers to a photovoltaic element that converts sunlight into electric energy, and “solar battery module” refers to a battery in which a plurality of solar battery cells are electrically connected. Say.
本発明は、以上のような知見にもとづきなされたものであり、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、電極基板の幅を10〜80mmの長尺帯状とし、この帯状電極基板の上に連続蒸着法を用いて化合物半導体層を形成している(工程A)。このため、基板の幅方向にも流れ方向にも電気的特性の揃った一定品質の帯状太陽電池セルを、安定して高収率で作製することができる。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and the manufacturing method of the solar cell module of the present invention has a long strip shape of the electrode substrate of 10 to 80 mm, and is continuously formed on the strip electrode substrate. A compound semiconductor layer is formed using a vapor deposition method (step A). For this reason, it is possible to stably produce a high-yield band-shaped solar battery cell having a uniform quality with uniform electrical characteristics in both the width direction and the flow direction of the substrate.
また、この太陽電池モジュールの製造方法は、上記品質の揃った長尺帯状の太陽電池セルを長さ方向に所定の寸法で切断し、所要長さのストリップ状の太陽電池セルを得ているため(工程B)、カットロスが発生せず、モジュールの材料となるストリップ状太陽電池セルを、無駄なく高歩留りで作製することができる。 In addition, this method of manufacturing a solar cell module is obtained by cutting a strip-shaped solar cell having the same quality in the length direction with a predetermined dimension to obtain a strip-shaped solar cell having a required length. (Step B), no cut loss occurs, and a strip-shaped solar battery cell serving as a material for the module can be manufactured without waste at a high yield.
さらに、この太陽電池モジュールの製造方法は、上記所要長さにカットされたストリップ状太陽電池セルを並べて電気的に接続している(工程C)。そのため、太陽電池モジュールを容易に大面積化することができ、これにより、品質が良好な太陽電池モジュールを低コストで製造することができる。 Furthermore, in this method for manufacturing a solar cell module, the strip-shaped solar cells cut to the required length are arranged and electrically connected (step C). Therefore, the area of the solar cell module can be easily increased, whereby a solar cell module with good quality can be manufactured at low cost.
また、本発明において、上記工程Aが、蒸着室と、この蒸着室内に配置される蒸着源と、上記帯状電極基板を繰り出す繰出し機と、この帯状電極基板を巻き取る巻取り機とを備え、上記帯状電極基板を、上記繰出し機から、減圧された上記蒸着室内の所定位置に繰り出す繰出工程と、上記蒸発源内の化合物半導体を加熱蒸発させながら、上記帯状電極基板を、この基板と上記蒸着源との距離Lが10〜100mmになる位置を通過させ、上記帯状電極基板の表面に化合物半導体層を連続的に成膜して、長尺の帯状太陽電池セルにする工程と、上記帯状太陽電池セルを上記巻取り機に巻き取る巻取工程と、を含む場合には、より均一な膜厚の化合物半導体層を有する帯状太陽電池セルを、効率良く安定して製造することができる。 Further, in the present invention, the step A includes a vapor deposition chamber, a vapor deposition source disposed in the vapor deposition chamber, a feeding machine that unwinds the band-shaped electrode substrate, and a winder that winds the band-shaped electrode substrate, The strip electrode substrate is fed from the feeding machine to a predetermined position in the vacuum deposition chamber and the compound electrode in the evaporation source is heated and evaporated, and the strip electrode substrate, the substrate and the deposition source are heated. And passing the position where the distance L becomes 10 to 100 mm, continuously forming a compound semiconductor layer on the surface of the strip electrode substrate to form a long strip solar cell, and the strip solar cell In the case of including the winding step of winding the cell on the winder, it is possible to efficiently and stably manufacture a strip-shaped solar battery cell having a compound semiconductor layer with a more uniform film thickness.
さらに、本発明において、上記工程Bが、上記帯状太陽電池セルまたは上記ストリップ状太陽電池セルを検査して、見つかったセルの欠陥部位のみを切断により取り除く工程を含む場合には、上記欠陥に付随して破棄される正常な太陽電池部位が少なくなるため、太陽電池の材料や製造に用いるエネルギーを、より低減することができる。 Furthermore, in the present invention, when the step B includes a step of inspecting the strip-shaped solar cell or the strip-shaped solar cell and removing only a defective portion of the found cell by cutting, the step B is associated with the defect. Thus, the number of normal solar cell parts discarded is reduced, and thus the energy used for solar cell material and manufacturing can be further reduced.
また、上記工程Cが、所定の大きさのハウジング内に上記ストリップ状太陽電池セルを複数並べて電気的に接続する工程と、これらセルとハウジングとの間に封止用樹脂を充填する工程と、を含む場合には、パネルの大きさが規定(規格化)された太陽電池モジュールを、より拡大された規模で生産することが可能になる。これにより、高品質で大面積の太陽電池モジュールを、低コストで大量に製造することができる。 Further, the step C includes a step of electrically connecting a plurality of the strip solar cells in a predetermined size housing, and a step of filling a sealing resin between the cells and the housing, In the case of including a solar cell module in which the size of the panel is defined (standardized), it is possible to produce on a more expanded scale. Thereby, a high quality and large area solar cell module can be manufactured in large quantities at low cost.
そして、本発明において、上記製造方法を用いて製造され、複数のストリップ状太陽電池セルが、隣接する互いの長辺側部どうしを重ね合わせて配列され、これら各セル表面の電極とセル裏面の電極とが、上記重ね合わせ部位で接続されて、大面積化している太陽電池モジュールは、全体が均質であって高性能であり、パネルの大きさが規定(規格化)された太陽電池モジュールや家庭用太陽光発電ユニット、あるいは、さらに大規模な太陽電池アレイやメガソーラー等の太陽光発電施設等、顧客の要望するモジュールサイズに、柔軟に対応することができるという利点を有する。 And in this invention, it manufactures using the said manufacturing method, and several strip-shaped photovoltaic cells are arranged so that the adjacent mutual long side part may be piled up, the electrode of each cell surface, and cell back surface The solar cell module which is connected to the electrodes at the above-mentioned overlapping portion and has a large area has a uniform and high performance as a whole, and a solar cell module in which the size of the panel is specified (standardized) It has an advantage that it can flexibly cope with the module size requested by the customer, such as a solar power generation unit for home use, or a solar power generation facility such as a large-scale solar cell array or mega solar.
つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment.
本実施形態における太陽電池モジュールの製造方法は、複数のカルコパライト系太陽電池セルを備える太陽電池モジュールを製造する方法であって、長尺の帯状電極基板を準備する工程と、蒸着法により化合物半導体(カルコパライト)層を形成する工程Aと、透明電極層を形成する工程と、太陽電池セルを所定の寸法に切断する工程Bと、切断された太陽電池セルを複数接続してモジュールとする工程Cと、からなる。なお、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、上記工程A,B,Cを含むものであれば、これらの工程の前後または間に、上記以外の別の工程を含んでいても差し支えない。 The method for manufacturing a solar cell module according to the present embodiment is a method for manufacturing a solar cell module including a plurality of chalcopyrite solar cells, and includes a step of preparing a long strip electrode substrate, and a compound semiconductor ( A step of forming a (calcopalite) layer, a step of forming a transparent electrode layer, a step B of cutting the solar cells into predetermined dimensions, and a step C of connecting a plurality of the cut solar cells into a module. It consists of. In addition, as long as the manufacturing method of the solar cell module of this invention includes the said process A, B, C, it does not interfere even if it includes other processes other than the above before, between these processes.
以下に、その製造方法を、順を追って詳細に説明する。
<帯状太陽電池セルの製造工程>
この工程は、図1(a)に示す帯状の太陽電池セル1Aを作製するための工程である。なお、図1(b)の断面図において、1bは化合物半導体層、1cは透明電極(層)、1dは基板、1eは裏面電極(層)である。また、電極基板1aは、上記基板1dと裏面電極1eとで構成されており、これら各層は厚みを強調して図示している。
以下に帯状太陽電池セル製造の各工程について説明する。
Below, the manufacturing method is demonstrated in detail later on.
<Manufacturing process of strip solar cell>
This process is a process for producing the strip-shaped
Below, each process of strip | belt-shaped photovoltaic cell manufacture is demonstrated.
[太陽電池セルに用いる電極基板を準備する工程]
まず、化合物半導体層(1b)の蒸着基材となる長尺の帯状電極基板1aを準備する。この電極基板1aは、例えば、厚さ10〜200μmのステンレス(SUS430)製金属箔からなる幅10〜80mm、長さ10〜3000mの長尺基板1dの一面に、スパッタリング法等により、例えばMo(モリブデン),W(タングステン),Cr(クロム),Ti(チタン)等からなる膜状の裏面電極1eが形成されたものである。この裏面電極1e層の形成に際しては、ロール・トゥ・ロール法が採用され、一方のロールから長尺の基板1dを繰り出し、裏面電極1eを成膜後、他方のロールに巻き取ることが行われる。
[Step of preparing an electrode substrate for use in solar cells]
First, the elongate
上記基板1dの幅(長尺帯状の長手方向に対して直角方向の幅)は、後述する蒸着工程に最適なように、10〜80mmに設定されており、さらに好ましくは20〜50mmである。この基板1dの幅が10mm未満の場合は、後の蒸着工程で単位時間あたりの加工量(蒸着面積)が向上せず、結果的に高コストの太陽電池セルとなってしまう。逆に、上記基板1dの幅が80mmを超える場合は、前記従来のバッチ式の蒸着法と同様、蒸着後の電極基板(1a)の幅方向で、化合物半導体層(1b)の電気的特性がばらついてしまうからである。 The width of the substrate 1d (the width in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the long strip) is set to 10 to 80 mm, more preferably 20 to 50 mm so as to be optimal for the vapor deposition process described later. When the width of the substrate 1d is less than 10 mm, the amount of processing (deposition area) per unit time is not improved in the subsequent vapor deposition step, resulting in a high-cost solar cell. Conversely, when the width of the substrate 1d exceeds 80 mm, the electrical characteristics of the compound semiconductor layer (1b) in the width direction of the electrode substrate (1a) after vapor deposition are the same as in the conventional batch type vapor deposition method. Because it will vary.
また、上記基板1dの材料としては、長尺のテープ状あるいはフィルム状の金属箔や樹脂部材等を使用することができる。そのなかでも、破断しにくく可とう性に優れた金属箔が好ましく、耐候性に優れるステンレス箔が最も好ましい。基板1dの厚さは、好ましくは10〜200μmであり、さらに好ましくは20〜100μmである。さらに、その長尺方向の長さは10〜3000mであり、後の蒸着工程用に、リール等の巻き芯に巻回された状態で供給される。 Further, as the material of the substrate 1d, a long tape-shaped or film-shaped metal foil, a resin member, or the like can be used. Among them, a metal foil that is difficult to break and excellent in flexibility is preferable, and a stainless steel foil that is excellent in weather resistance is most preferable. The thickness of the substrate 1d is preferably 10 to 200 μm, and more preferably 20 to 100 μm. Furthermore, the length in the longitudinal direction is 10 to 3000 m, and is supplied in a state of being wound around a core such as a reel for a subsequent vapor deposition process.
(化合物半導体層の蒸着−工程A)
つぎに、図2に示すような蒸着装置(真空蒸着装置)を用いて、上記のようにして得られたロール状の帯状電極基板1aの一面に、カルコパライト系の化合物半導体層1bを積層する。この真空蒸着装置は、減圧可能な蒸着室20の中に、化合物半導体層1b形成用の複数の蒸着源(本実施形態においては11,12,13,14の4つ)と、巻き芯に巻かれた長尺の蒸着基材を巻き出すための繰出し機15と、加工(蒸着)後の基材を巻き取るための巻取り機16とを備えている。そして、基材の走行位置を案内する各ガイドローラー17,18により、上記繰出し機15から巻き出された帯状電極基板1aが、その蒸着対象面を上記各蒸着源と対面させた状態で、各蒸着源11,12,13,14と所定の距離L(各蒸着源からの距離はそれぞれL1,L2,L3,L4)離れた位置を走行するように構成されている。
(Vapor deposition of compound semiconductor layer-step A)
Next, using a vapor deposition apparatus (vacuum vapor deposition apparatus) as shown in FIG. 2, the calcopalite-based
なお、蒸着源の個数は、化合物半導体層1bの組成によって増減する。また、上記各蒸着源11,12,13,14は、帯状電極基板1aとの距離L1,L2,L3,L4を個別に制御できる高さ調節手段を備えている。例えば、各蒸着源が、図2のような二重の筒状のケーシングを備える場合、その内筒を上下移動可能なように構成する。そして、各蒸着源の内部には、後述する成膜材料と、この成膜材料を加熱・蒸発させるための加熱器等(図示省略)が配設されており、その上部開口にはそれぞれ、シャッター11a,12a,13a,14a等の蒸発量制御手段が取り付けられている。そして、上記真空蒸着装置は、上記蒸着室20内を排気する排気手段(真空ポンプ21)と、上記基板1aを加熱・冷却する加熱手段(図示省略)や冷却手段(図示省略)等の付帯設備とを備えている。
The number of vapor deposition sources varies depending on the composition of the
本実施形態で作製する化合物半導体層1bは、カルコパライト(黄銅鉱)系材料およびその近縁材料により形成される。具体的には、銅,インジウム,ガリウム,セレン,硫黄,亜鉛および錫等を組み合わせて得られるものであり、例えば、Cu(In,Ga)Se2,Cu(In,Ga)(Se,S)2,CuInS2,Cu2ZnSnS4などである。上記化合物半導体層1bの層厚は、好ましくは1.5〜2.5μmである。
The
ここで、上記真空蒸着装置を用いた化合物半導体層の蒸着方法を、Cu(In,Ga)Se2(CIGS系化合物)からなる薄膜を形成する場合を例に、具体的に説明する
まず、前準備を行う。すなわち、前記ロール状に巻回された帯状電極基板1aを繰出し機15にセットし、各ガイドローラー17,18を通した後、巻取り機16まで口出し(通線)しておく。また、各蒸着源11,12,13,14内には、その蒸着順序に合わせてCu,In,Ga,Seの成膜材料を順次セットする。
Here, the method for depositing the compound semiconductor layer using the vacuum deposition apparatus will be specifically described by taking a case of forming a thin film made of Cu (In, Ga) Se 2 (CIGS compound) as an example. Make preparations. That is, the strip-shaped
材料のセットが完了したら、蒸着室(チャンバー)20の開口(図示省略)を密閉して、この蒸着室20内を真空ポンプ21により、およそ1×10-3Pa以下の圧力になるまで減圧した後、蒸着室20内を300〜600℃まで加温し、蒸着を開始する。なお、上記帯状電極基板1aの走行位置と、各蒸着源11,12,13,14との距離L1,L2,L3,L4は、各蒸着源内にセットされる成膜材料とその蒸発温度および加工スピードにより異なるが、通常、10〜100mmの範囲内であり、より好ましくは20〜70mmの範囲内に設定される。
When the material setting is completed, the opening (not shown) of the vapor deposition chamber (chamber) 20 is sealed, and the inside of the
上記帯状電極基板1aと各蒸着源11,12,13,14との距離L(L1,L2,L3,L4)が10mm未満の場合は、蒸着の堆積速度が速すぎて、均一な膜厚の化合物半導体層1bを形成するのがむずかしいからである。逆に、上記帯状電極基板1aと蒸着源11,12,13,14との距離Lが100mmを超える場合は、蒸着の堆積速度が低いため製品加工速度が向上しないうえ、化合物半導体層1bの膜厚がばらつき、蒸着材料のロスが増大するからである。
When the distance L (L 1 , L 2 , L 3 , L 4 ) between the
蒸着準備が整ったら、上記各蒸着源のシャッター11a,12a,13a,14aを開け、上記帯状電極基板1aを巻出し軸と巻取り軸との間で連続的に走行させる。このとき、走行する帯状電極基板1aの表面に、各蒸着源11,12,13,14から加熱蒸発した成膜材料の蒸気粒子(原子,分子)が順次付着・堆積し、この帯状電極基板1aの一面に、カルコパライト系化合物からなる薄膜(化合物半導体層1b)が連続して形成される。
When the deposition preparation is complete, the
なお、上記の例では、帯状電極基板1aと各蒸着源11,12,13,14との距離L(L1,L2,L3,L4)の調節を、上記基板1aを蒸着室20内の所定位置(一定高さの位置)を水平に走行させ、各蒸着源の上記内筒(高さ調節手段)を上下させて行っている。しかし、これら蒸着源11,12,13,14と電極基板との距離Lを調節する方法は他の方法でもよい。例えば、各蒸着源11,12,13,14の上端面(開口)を同じ高さに揃え、帯状電極基板1aの走行を案内するガイドローラーを多数増設して、これらガイドローラーの位置(高さ)をそれぞれ変更することにより、上記帯状電極基板1aの走行位置を各蒸着源11,12,13,14上で個々に変更してもよい。また、以降の工程におけるハンドリングを考慮して、作製された帯状電極基板1aは、通常、ロール状態で保たれる。
In the above example, the distance L (L 1 , L 2 , L 3 , L 4 ) between the
(透明電極層の形成)
上記蒸着工程(工程A)で得られた帯状電極基板1aの化合物半導体1b層上に、透明電極1cをさらに積層する。この透明電極1cの層は、上記帯状電極基板1aのロール状の形状を利用して、それを送りながら、スパッタリング,塗布,蒸着等の方法により、ZnO等の金属酸化物膜を形成したものである。
(Formation of transparent electrode layer)
The
なお、上記透明電極1cは、太陽等からの光を化合物半導体層1b内に効率良く吸収させるために、光の透過率が85%以上であることが望ましく、さらに、電気的には太陽電池セルの出力に対して抵抗成分とならないように、シート抵抗値が低いことが望ましい。このような特性を備えた材料として、例えばZnO,SnO2,In2O3,ITO(酸化インジウム錫)などの金属酸化物等があげられる。上記透明電極1cの層厚は、好ましくは0.1〜1.0μmである。
The
また、この透明電極層1cの形成に先立ち、ZnS(硫化亜鉛)やInS(硫化インジウム)等からなるバッファ層を形成しておいてもよい。このバッファ層も、前記帯状電極基板1aのロール状の形状を利用して、それを送りながら、スパッタリング,塗布,蒸着等の方法により形成されたものである。さらに、上記透明電極1c,裏面電極1eおよび上記バッファの各層は、レーザースクライビング加工等により分割(分画)処理されていてもよい。
Prior to the formation of the
以上の方法により、幅10〜80mm、長さ10〜3000mの帯状太陽電池セル1Aを効率的に製造することができる。
By the above method, the strip | belt-shaped
[ストリップ状太陽電池セルの製造工程−工程B]
つぎに、得られた長尺の帯状太陽電池セル1Aを所定の長さに切断して、ストリップ状太陽電池セル1Bを作製する工程Bについて説明する。
[Manufacturing process of strip solar cell-process B]
Next, a process B for producing the strip-shaped
この工程は、ロール状に巻き取られている、長尺の帯状太陽電池セル1Aを送り出しながら、例えばレーザーやカッター等を用いて、長さ方向に所定の寸法で切断し、各ストリップ状太陽電池セル1Bのサイズを、次工程で加工し易いサイズに揃えるものである。なお、その切断長さは、好ましくは20mm〜2mである。また、各ストリップ状太陽電池セル1Bは、切断後も、上記帯状太陽電池セル1Aの幅(10〜80mm)を維持している。この切断長さは、次工程で使用される太陽電池モジュール(10)のハウジングサイズにより適宜変更される。
In this step, each strip-shaped solar cell is cut into a predetermined size in the length direction using, for example, a laser or a cutter, while feeding the long strip-shaped
また、上記ストリップ状太陽電池セルの製造工程は、帯状太陽電池セル1Aの切断工程前に、上記ロール状の帯状太陽電池セル1Aを送り出しながら検査する工程と、この検査工程により見つかったセルの欠陥部位のみを切断して取り除く工程と、を備えていることが望ましい。上記検査工程で発見された欠陥部位の製品流れ方向両側を、基板幅方向に切断・除去することにより、工程の連続性を損なうことなく、太陽電池セルのロスを最小限に抑えることができる。これら検査工程と欠陥切除工程とは、上記のように帯状太陽電池セル1Aの切断前に配置されている方が好都合であるが、切断後に、ストリップ状太陽電池セル1Bを個別に検査して、欠陥部位を切除してもよい。
Moreover, the manufacturing process of the said strip-shaped photovoltaic cell consists of the process of inspecting the roll-shaped
[太陽電池モジュールの製造工程−工程C]
最後に、得られたストリップ状太陽電池セル1Bを電気的に複数接続して、大面積の太陽電池モジュールを作製する工程Cについて説明する。
[Manufacturing process of solar cell module-Process C]
Finally, the process C for producing a large-area solar cell module by electrically connecting a plurality of obtained strip-like
この工程では、モジュールとして必要な電流値および電圧値に応じて、上記長さの揃えられたストリップ状太陽電池セル1Bを複数(本実施形態においては3個)直列に接続し、図3(a)のような太陽電池モジュール10を作製する。なお、図3(b)において、2は接合金属、3はフレーム、4は裏面支持材、5は表面保護材、6は封止樹脂を示す。また、上記フレーム3,裏面支持材4,表面保護材5により、ストリップ状太陽電池セル1Bを収容するハウジングが形成されている。
In this step, a plurality of (three in the present embodiment) strip-like
太陽電池モジュール10を作製する工程では、各ストリップ状太陽電池セル1Bは、その長手方向を揃え、図3(b)のように、その幅方向をハウジングの底部に対して所定の角度傾けた状態で、それぞれの一部(長辺側部)が重なり合うように収容される。そして、隣接する太陽電池セル1Bの表面の電極(透明電極1c)と、セル1B裏面の電極(裏面電極1eまたは導電性の基板1d)とが、接合金属2を用いて、上記重ね合わせ部位で電気的に(この場合は直列に)接続される。
In the step of producing the
なお、上記モジュールのハウジング内には、各ストリップ状太陽電池セル1Bで発生する電力を外部に取り出すための端子盤(図示省略)が配設され、ハウジングの外部には、他の太陽電池モジュール10等と電気的および物理的に連結するための外部端子(図示省略)等が取り付けられる。
A terminal board (not shown) for taking out the electric power generated in each strip-shaped
また、ハウジング内の隙間には、上記ストリップ状太陽電池セル1Bを湿気や汚れ,紫外線,物理的な応力等から保護するために、透明な封止樹脂6が充填され、その硬化後に、発電性能の検査等を経て、製品としての太陽電池モジュール10が完成する。
In addition, the gap in the housing is filled with a
なお、太陽電池モジュール10の大きさは、用途に応じて適宜設定されるが、例えば、その幅は10cm〜1m、長さは50cm〜2m程度であり、上記フレーム3は、太陽電池の用途によっては省略されることがある。
In addition, although the magnitude | size of the
また、用途や使用される環境等に応じて変更されるが、例えば、フレーム3を構成する材料としては、金属や樹脂等を用いることができる。上記裏面支持材4としては、金属板,樹脂板や、フッ素樹脂フィルム,ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等を好適に採用することができる。
Moreover, although it changes according to a use, the environment used, etc., as a material which comprises the flame |
そして、表面保護材5および封止樹脂6は、透明あるいは半透明であることが必須であり、上記表面保護材5の好適な例としては、強化白板ガラス等があげられ、上記封止樹脂6の好適な例としては、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)等があげられる。
The surface
以上の工程により、本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は、品質が良好なカルコパライト系太陽電池モジュールを、効率よく製造することができる。また、帯状電極基板1aの形成からストリップ状太陽電池セル1Bに至る工程を、対象物をロール状にして行うため、各工程間の連携や処理を一貫して行うことができ、製造工程の簡素化,省力化を実現することができる。
Through the above steps, the solar cell module manufacturing method of the present embodiment can efficiently manufacture a chalcopyrite solar cell module with good quality. In addition, since the process from the formation of the
本発明は、前記化合物半導体層の蒸着工程(工程A)を最大の特徴とするものであり、これについてその効果を詳述する。 The present invention is characterized by the greatest feature of the vapor deposition step (step A) of the compound semiconductor layer, and the effects thereof will be described in detail.
長尺の基材を用いてロール・トゥ・ロールで連続蒸着を行う方法は、従来より知られている。しかしながら、従来法の場合、本発明より広幅(約100mm以上)の基材が用いられていたため、この基材(本発明の電極基板に相当)と蒸着源との間の距離を200〜400mm程度空ける必要があった。これに対して、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、上記技術常識を打破し、帯状電極基板の幅を10〜80mmとすることにより、この帯状電極基板を、上記蒸着源との間の距離Lが10〜100mmという近距離で通過させ、均質な薄膜を高速で成膜することが可能となった。 The method of performing continuous vapor deposition by roll-to-roll using a long base material is conventionally known. However, in the case of the conventional method, since a base material having a width (about 100 mm or more) is used than in the present invention, the distance between the base material (corresponding to the electrode substrate of the present invention) and the evaporation source is about 200 to 400 mm. There was a need to make room. On the other hand, the manufacturing method of the solar cell module of the present invention breaks the above technical common sense, and the width of the strip electrode substrate is set to 10 to 80 mm. The distance L is allowed to pass through at a short distance of 10 to 100 mm, and a uniform thin film can be formed at a high speed.
このように、帯状電極基板と蒸着源との間の距離Lを近くすると、上記化合物半導体層の堆積速度が速くなり、この蒸着源上を通過する帯状電極基板の通過速度を上げることができる。また、上記従来の連続蒸着法に比べ、化合物半導体層を形成する際に用いる蒸着材料のロスが少なく、その使用量を低減することができるという利点もある。 Thus, when the distance L between the strip electrode substrate and the vapor deposition source is reduced, the deposition rate of the compound semiconductor layer is increased, and the passing speed of the strip electrode substrate passing over the vapor deposition source can be increased. Further, compared to the conventional continuous vapor deposition method, there is an advantage that the loss of vapor deposition material used when forming the compound semiconductor layer is small and the amount of the vapor deposition material can be reduced.
上記実施形態においては、従来の連続蒸着法に比べ、用いる基材の幅を100mm(従来法)から20mmに狭め、基材と蒸着源との距離Lを350mm(従来法)から50mmに接近させることにより、蒸着室内での電極基板の通過速度(走行スピード)を0.1m/分(従来法)から5m/分に増速することに成功した。これは、時間あたりの加工面積(効率)で換算すると、0.01m2/分(従来法)を0.1m2/分に向上させるものであり、化合物半導体層を蒸着する際の生産性が、大幅に向上していることが分かる。 In the above embodiment, the width of the substrate used is narrowed from 100 mm (conventional method) to 20 mm, and the distance L between the substrate and the vapor deposition source is approximated from 350 mm (conventional method) to 50 mm, compared to the conventional continuous vapor deposition method. As a result, the passing speed (traveling speed) of the electrode substrate in the deposition chamber was successfully increased from 0.1 m / min (conventional method) to 5 m / min. This is an improvement of 0.01 m 2 / min (conventional method) to 0.1 m 2 / min in terms of the processing area (efficiency) per hour, and the productivity when depositing the compound semiconductor layer is increased. , You can see that it has improved significantly.
つぎに、上記実施形態における太陽電池モジュールの製造方法を用いて、CIGS系の薄膜太陽電池モジュールを作製した例について述べる。 Next, an example in which a CIGS-based thin film solar cell module is manufactured using the method for manufacturing a solar cell module in the above embodiment will be described.
<帯状太陽電池セル>
(電極基板)
厚さ100μm×幅20mm×長さ500mのステンレス箔基板(新日鉄社製 YUS190)の表面に、スパッタリング法により、モリブデンからなる裏面電極層(膜厚:1μm)を形成し、長尺の帯状電極基板を得た。
<Strip solar cell>
(Electrode substrate)
A back electrode layer (film thickness: 1 μm) made of molybdenum is formed on the surface of a stainless steel foil substrate (YUS190, manufactured by Nippon Steel Co., Ltd.) having a thickness of 100 μm ×
(化合物半導体層)
この帯状電極基板の一面(裏面電極層側)に、図2に示すような構成の真空蒸着装置を用いて、Cu(In,Ga)Se2層(膜厚:2μm)を成膜した。なお、蒸着は、蒸着室(チャンバー)内の気圧:1×10-3Pa,電極基板の温度:550℃,電極基板の走行速度:5m/分で、Cu蒸着源(1250℃),In蒸着源(980℃),Ga蒸着源(1080℃),Se蒸着源(200℃)と、上記電極基板の距離Lを、それぞれ50mmとした状態で行った。
(Compound semiconductor layer)
A Cu (In, Ga) Se 2 layer (film thickness: 2 μm) was formed on one surface (back electrode layer side) of the belt-like electrode substrate using a vacuum vapor deposition apparatus configured as shown in FIG. Vapor deposition is performed at a pressure of 1 × 10 −3 Pa in the vapor deposition chamber (chamber), a temperature of the electrode substrate: 550 ° C., a traveling speed of the electrode substrate: 5 m / min, a Cu vapor deposition source (1250 ° C.), and In vapor deposition. The distance L between the source (980 ° C.), the Ga deposition source (1080 ° C.), the Se deposition source (200 ° C.) and the electrode substrate was set to 50 mm.
(透明電極)
続いて、上記化合物半導体層の上に、蒸着法により、硫化亜鉛からなるバッファ層(膜厚:0.05μm)を形成した後、このバッファ層上に、スパッタリング法により、酸化亜鉛からなる透明電極層(表面電極層)を形成し、長尺の帯状太陽電池セルを得た。
(Transparent electrode)
Subsequently, a buffer layer (thickness: 0.05 μm) made of zinc sulfide is formed on the compound semiconductor layer by vapor deposition, and then a transparent electrode made of zinc oxide is formed on the buffer layer by sputtering. A layer (surface electrode layer) was formed to obtain a long strip solar cell.
<ストリップ状太陽電池セル>
この帯状太陽電池セルを、レーザー光を用いて長さ100mm間隔で切断し、ストリップ状太陽電池セル(幅20mm×長さ100mm)を得た。なお、この際、ストリップ状太陽電池セルに欠陥部分があるときは、その部位を短く切断して取り除いた。
<Strip-shaped solar cells>
The strip solar cells were cut at intervals of 100 mm in length using laser light to obtain strip-shaped solar cells (
<太陽電池モジュール>
上記工程によって得られた、欠陥部分のないストリップ状太陽電池セルを、フッ素樹脂からなる裏面支持部材の上に、幅方向に10枚(20mm×10枚)、長さ方向に5枚(100mm×5枚)計50枚を縦横に並べて敷き、直列および並列に接続して、端子盤を取り付けた。その後、受光面を強化白板ガラスからなる表面保護材で覆い、これら表面保護材と裏面支持部材との間の隙間に、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂を充填してこれらの間を封止し、幅200mm×長さ500mmの太陽電池モジュールを作製した。
<Solar cell module>
Ten strips (20 mm × 10 sheets) in the width direction and five sheets in the length direction (100 mm × 10) of the strip-shaped solar cells obtained by the above-described steps, on the back support member made of a fluororesin, are formed. 5 sheets) A total of 50 sheets were laid out vertically and horizontally, connected in series and in parallel, and a terminal board was attached. Then, the light-receiving surface is covered with a surface protective material made of tempered white sheet glass, and a gap between these surface protective material and the back surface support member is filled with ethylene vinyl acetate copolymer resin to seal the space between them. A solar cell module of 200 mm × length 500 mm was produced.
なお、この太陽電池モジュールでは、フレームを使用していない。また、上記実施例における各層の厚さは、FE−SEM(日本電子社製 JSM−7001F)で断面を観察して求めたものである。 In this solar cell module, no frame is used. Moreover, the thickness of each layer in the said Example was calculated | required by observing a cross section with FE-SEM (JEOL JSM-7001F).
以上の各工程を用いた製造方法により、大面積のCIGS系薄膜太陽電池モジュールを、高い歩留りで製造できることが確認できた。 It was confirmed that the CIGS thin film solar cell module having a large area can be manufactured with a high yield by the manufacturing method using the above steps.
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、CIS系太陽電池,CIGS系太陽電池,CIGSS系太陽電池,CZTS系太陽電池等、カルコパライト系の太陽電池の製造に広く適用できる。また、本発明の製造方法により製造された太陽電池モジュールは、住宅やビルに設置される太陽光発電システムや、人工衛星用電源,モバイル機器の補助電源等に広く利用することができる。 The method for producing a solar cell module of the present invention can be widely applied to the production of chalcopalite solar cells such as CIS solar cells, CIGS solar cells, CIGSS solar cells, CZTS solar cells and the like. Moreover, the solar cell module manufactured by the manufacturing method of the present invention can be widely used for a solar power generation system installed in a house or a building, a power source for artificial satellites, an auxiliary power source for mobile devices, and the like.
1A,1B 太陽電池セル
1a 電極基板
1b 化合物半導体層
10 太陽電池モジュール
11,12,13,14 蒸着源
20 蒸着室
L1〜L4:基板と蒸着源との距離
1A, 1B
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