JP3796069B2

JP3796069B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP3796069B2
Application number: JP20175499A
Authority: JP
Inventors: 伸松見; 武志山本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2019-07-15
Also published as: JP2001036102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質半導体からなる太陽電池モジュールに係り、特に耐衝撃性の向上した太陽電池モジュールを提供する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、太陽電池を用いた太陽光発電システムはクリーンな電源システムであることから、住宅用の電源システム等への普及が進んでいる。太陽電池を構成する材料としては、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体材料、非晶質シリコンや非晶質シリコンゲルマニウム等の非晶質半導体材料、或いはＧａＡｓ，ＣｄＴｅ等の化合物半導体材料が検討されている。このうち、非晶質半導体材料を用いた太陽電池は、基板の選択自由度や出力設計における自由度が高く、且つ安価に製造することができる、という特徴を有している。
【０００３】
斯かる非晶質半導体を用いた従来の太陽電池モジュールの構造を、図７に示す断面図を参照して説明する。
【０００４】
同図において、１はガラスからなる基板であり、光は図中矢印で示す如く該基板１の受光面Ａ側から入射する。基板１の光透過面Ｂ上には、非晶質半導体からなる光起電力素子２が形成されている。光起電力素子２は、基板１の光透過面Ｂ上にＳｎＯ₂，ＩＴＯ或いはＺｎＯ等の透光性を有する導電性材料からなる第１電極１１と、非晶質半導体からなり内部にｐｉｎ接合を有する光電変換層１２と、Ａｇ，Ａｌ等の高反射性材料からなる第２電極１３と、がこの順に積層されて構成されている。また、第２電極１３が相隣接する光電変換層１２間の分離部に埋設されて第１電極１１と接することにより、隣接する光起電力素子２が電気的に直列接続されている。
【０００５】
さらに、３は、後工程において作業中に光起電力素子２の表面に引っかき傷等が付くことを防止するために該光起電力素子２の表面を覆って設けられた被覆層であり、通常エポキシ樹脂を用いて形成されている。また、光起電力素子２で発生した起電力は、両端に位置する光起電力素子２の第１電極及び第２電極からリード線（図示せず）を介して外部に取出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
斯かる構成の太陽電池モジュールは通常家屋の屋根上やビルの屋上等の屋外に設置されて使用される。従って、最も受光面側に配される基体１には霰や雹等の落下物に対する耐衝撃性が要求され、このため従来は上記基体１として強化ガラスを用いる、或いは基体１の厚みを厚くする等の方法が用いられている。然し乍ら、斯かる方法は、いずれもコストの増大を招くと共に、重量が重くなることから設置の際の作業性が著しく低下する、等の問題があった。
【０００７】
本発明は、斯かる従来の課題を解決し、軽量で耐衝撃性の向上した太陽電池モジュールを低コストで提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明太陽電池モジュールは、ガラスからなる基体の光透過面上に非晶質半導体からなる光起電力素子を備え、且つ前記基体の受光面に保護層を備えた太陽電池モジュールであって、前記保護層は、前記基体の受光面領域に錫が添加されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、前記保護層の厚みが、１０Å以上、１０００Å以下の範囲であることを特徴とする。この保護層の厚みは、１００Å以上、１０００Å以下の範囲とすることがさらに好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１に示す断面図を参照して説明する。尚、同図において、図７と同一の機能を呈する部分には、同一の符号を付している。
【００１３】
同図を参照して、本発明が従来と異なる点は、ガラスからなる基体１の受光面Ａに保護層１０を備えた点にある。本発明にあっては、この保護層１０が錫を含有した層から構成されている。斯かる保護層１０を形成するにあたっては、基体１中に受光面Ａ側から錫を拡散させ、基体１中における受光面Ａ側の受光面領域に錫を添加することにより形成することができる。或いは、基体１の受光面Ａ上にスパッタ法或いは蒸着法等の方法により錫膜を形成し、この錫膜を保護層１０としても良い。斯かる構成によれば、基体１の強度を増大させることが可能となり、耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。また、斯かる保護層１０を設けることにより基体１の受光面Ａでの紫外線の反射率が増大し、紫外線による基体１の強度劣化も抑制することができる。
【００１４】
（第１実施例）
以下に、本発明の第１実施例について、図２に示す工程別断面図を参照して説明する。
【００１５】
まず、同図（Ａ）に示す第１工程においては、１ｍ×１ｍで厚みが４ｍｍのガラス板からなる基体１の受光面Ａ上に、蒸着法を用いて厚さ約２０００〜３０００Åの錫膜２０を形成した。
【００１６】
次に、同図（Ｂ）に示す第２工程においては、受光面Ａ上に錫膜２０が形成された基体１を約７００℃にまで加熱し、その状態で５〜１０分間程度維持した後に徐冷することにより基体１中に錫を熱拡散させ、基体１の受光面領域に錫が添加されてなる保護層１０を形成した。そして、錫膜２０をエッチングにより除去した。
【００１７】
次いで、同図（Ｃ）に示す第３工程においては、基体１の光透過面Ｂ上に、熱ＣＶＤ法を用いて膜厚約８０００ÅのＳｎＯ₂膜を形成し、レーザスクライブ法によりこのＳｎＯ₂膜を複数の領域に分割して複数の第１電極１１を形成した。
【００１８】
さらに、同図（Ｄ）に示す第４工程においては、第１電極１１上を含んで基体１の光透過面Ｂ上の全面に、プラズマＣＶＤ法を用いてｐ型の非晶質シリコンカーバイドからなる膜厚約１００Åのｐ型層、真性の非晶質シリコンからなる膜厚約４０００Åのｉ型層及びｎ型の非晶質シリコンからなる膜厚約２００Åのｎ型層をこの順に形成した。そして、レーザスクライブ法によりこれらの積層膜を複数の領域に分割して複数の光電変換層１２を形成した。
【００１９】
そして、同図（Ｅ）に示す第５工程においては、光電変換層１２上を含んで基体１の光透過面Ｂ上の全面に、スパッタ法を用いて銀膜を形成し、レーザスクライブ法により銀膜を複数の領域に分割して複数の第２電極１３を形成した。
【００２０】
最後に、第２電極１３上を含んで基体１の光透過面Ｂ上の全面にエポキシ樹脂を塗布して被覆層３を形成し、図１に示す太陽電池モジュールを製造した。
【００２１】
そして、上記第１工程における基体１の受光面Ａ上に形成する錫膜２０の膜厚、或いは第２工程における熱拡散の時間等を制御することにより保護層１０の厚みを変化させた太陽電池モジュールを複数個製造し、これらの太陽電池モジュールについて耐衝撃性の試験を行った。耐衝撃性の試験は製造直後のもの及び屋外に１年間暴露後のもの２種類について行った。
【００２２】
尚、ここで耐衝撃性の試験は、ＪＩＳ規格Ｃ８９３８で規定される降雹試験（簡易試験方法）を用いて行った。即ち、基体１の受光面Ａを上側として水平に固定し、この基体１の中央に、質量２２７±２ｇ、直径約３８ｍｍの表面が滑らかな鋼球を１ｍの高さから力を加えずに落下させて破損の有無を調べ、破損の生じなかったものを良品、破損が生じたものを不良品とした。
【００２３】
図３は斯かる耐衝撃性試験の結果を示す特性図であり、縦軸は良品の歩留、横軸は保護層の膜厚である。また、製造直後の太陽電池モジュールに対して試験を行った結果を実線で示し、屋外に１年間暴露後の太陽電池モジュールに対して試験を行った結果を破線で示す。
【００２４】
同図に実線で示すように、製造直後の太陽電池モジュールにおいては保護層の膜厚を１０Å以上とすることで、歩留を９５％以上に向上できることがわかる。また、破線で示すように１年間屋外で暴露した太陽電池モジュールについても、保護層の膜厚が１０Å未満の場合には製造直後のものに比べて歩留が大きく低下するのに対し、保護層の膜厚を厚くすることにより歩留が向上し、保護層の膜厚を１００Å以上とすることにより１年間屋外暴露後でも歩留を９５％以上に向上することができた。斯様に保護層を備えることにより屋外暴露後でも歩留が向上した理由は、保護層を設けることにより基体の受光面での紫外線の反射率が増大し、紫外線による基体の強度低下を抑制することができたことによるものと考えられる。
【００２５】
また、図４は耐衝撃性試験に用いた製造直後の太陽電池モジュールの光電変換特性を示す特性図であり、縦軸は光電変換効率の相対値、横軸は保護層の膜厚を示す。同図に示す如く、光電変換効率は保護層の膜厚を大きくするにつれ次第に減少し、保護層の膜厚が１０００Åよりも大きくなると光電変換効率は保護層を備えない場合の９５％以下にまで低下することがわかる。斯様に光電変換効率が保護層の膜厚を大きくすると低下する理由は、基体中に錫が添加されることにより次第にその光透過特性が低下するためと考えられる。従って、図３及び図４の結果から、保護層の膜厚は１０Å以上１０００Å以下の範囲が好ましく、１００Å以上１０００Å以下の範囲がより好ましい。
【００２６】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例が第１実施例と異なる点は、上述した第１実施工程において基体１の受光面Ａ上にスパッタ法を用いて形成した錫膜を保護層１０とした点であり、他の工程は実施例１と同一である。
【００２７】
本実施例においてもスパッタ時の条件を制御することにより保護層１０の膜厚を変化させた太陽電池モジュールを製造し、製造直後と１年間屋外暴露後の２種類について、耐衝撃性の試験を行った。その結果を図５の特性図に示す。
【００２８】
同図に示す如く、本実施例にあっては実線で示すように、保護層の膜厚を５Å以上とすることで製造直後の太陽電池モジュールの歩留を９５％以上に向上できることがわかった。また、破線で示す１年間屋外暴露後の太陽電池モジュールにおいては、保護層の膜厚を５０Å以上とすることで歩留を９５％以上に向上できることがわかった。
【００２９】
また、本実施例太陽電池モジュールについても光電変換特性の測定を行った。その結果を図６の特性図に示す。同図から、本実施例の場合においては保護層の膜厚が５００Åより大きくなると、光電変換効率が保護層を備えない場合の９５％未満にまで低下することがわかった。
【００３０】
従って、図５及び図６の結果から、本実施例においては保護層の膜厚を５Å以上５００Å以下の範囲とすることが好ましく、５０Å以上５００Å未満とすることがより好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によれば基体の受光面に保護層を設けることで、耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールを提供することができ、紫外線による基体の強度低下も抑制することができる。
【００３２】
さらに、保護層の膜厚は薄いので重量が増大することがなく、軽量の太陽電池モジュールを提供することができると共に、コストの増大を抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの断面図である。
【図２】本発明太陽電池モジュールの製造工程を説明するための工程別断面図である。
【図３】第１実施例に係る太陽電池モジュールの耐衝撃性と保護層の膜厚との関係を示す特性図である。
【図４】第１実施例に係る太陽電池モジュールの光電変換特性と保護層の膜厚との関係を示す特性図である。
【図５】第２実施例に係る太陽電池モジュールの耐衝撃性と保護層の膜厚との関係を示す特性図である。
【図６】第２実施例に係る太陽電池モジュールの光電変換特性と保護層の膜厚との関係を示す特性図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１…基体、２…光起電力素子、３…被覆層、１０…保護層

Claims

ガラスからなる基体の光透過面上に非晶質半導体からなる光起電力素子を備え、且つ前記基体の受光面に保護層を備えた太陽電池モジュールであって、
前記保護層は、前記基体の受光面領域に錫が添加されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記保護層の厚みが、１０Å以上、１０００Å以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。