JP4221479B2

JP4221479B2 - Method for manufacturing thin film solar cell module

Info

Publication number: JP4221479B2
Application number: JP2002133852A
Authority: JP
Inventors: 慎下沢; 伸二藤掛
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP2003332597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ユニットセルを複数個直列または並列接続した薄膜太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非単結晶膜を用いた光電変換装置、特にシリコン系の非単結晶薄膜であるアモルファス（非晶質）シリコン（a-Si）、多結晶シリコンあるいは微結晶シリコン等の薄膜を、プラズマ放電によって形成した薄膜光電変換装置は、単結晶シリコンデバイスと比較して、大面積に、低温で、安価に作製できることから、電力用の大面積薄膜太陽電池への適用において特に期待されている。
【０００３】
従来の薄膜太陽電池は、後述するガラス基板を用いるものが一般的であった。近年、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められ実用化されている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被覆したフィルム基板を用いたものも開発されている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。
【０００４】
上記の薄膜太陽電池は、電気絶縁性フィルム基板上に第１電極（以下、下電極ともいう）、薄膜半導体層からなる光電変換層および第２電極（以下、透明電極ともいう）が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接続される。
【０００５】
このような光電変換素子とその直列接続は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太陽電池の構成および製造方法の一例として、本願出願人により、いわゆるＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on Film）型の薄膜太陽電池が提案されており、例えば特開平１０−２３３５１７号公報に記載されている。
【０００６】
図６は、構造の理解の容易化のために、前記ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものである。図６において、基板６１の表面に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極層６３は、それぞれ複数の単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。このため、素子６２のアモルファス半導体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６７を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われている。
【０００７】
上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程を図７（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１を基板として（工程（a））、これに接続孔７８を形成し（工程（b））、基板の両面に第１電極層（下電極）７４および第３電極層（接続電極の一部）７３を形成（工程（c））した後、接続孔７８と所定の距離離れた位置に集電孔７７を形成する（工程（d））。工程（c）と工程（d）との間に、第１電極層（下電極）７４を所定の形状にレーザ加工して、下電極をパターニングする工程があるが、ここではこの工程の図を省略している。
【０００８】
次に、第１電極層７４の上に、光電変換層となる半導体層７５および第２電極層である透明電極層７６を順次形成するとともに（工程（e）および工程（f））、第３電極層７３の上に第４電極層（接続電極層）７９を形成する（工程（g））。この後、レーザビームを用いて、基板７１の両側の薄膜を分離加工して図６に示すような直列接続構造を形成する。
【０００９】
なお、図７においては、集電孔ｈ２内における透明電極層７６と第４電極層７９との接続をそれぞれの層を重ねて２層で図示しているが、前記図６においては、電気的に一層として扱い、１層で図示している。
【００１０】
図５は、図６に示す薄膜太陽電池の構成を、この発明の説明の便宜上、簡略化し一部を拡大して模式的に示す図で、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図を示す。
【００１１】
図５において、図６と同一構成部材には同一番号を付して説明を省略する。図５において、６３で示す接続電極層は、図７において説明したように、第１接続電極層（第３電極層）および第２接続電極層（第４電極層）の２層からなる。また、１ｈの切断部は、前述の分離線に相当し、接続電極層のパターニング用罫書き線部、１ｇの切断部は、基板表面の光電変換部のパターニング用罫書き線部を示す。
【００１２】
なお、上記薄膜太陽電池は、通常、絶縁保護しモジュール化して使用される。太陽電池モジュールとしては、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された薄膜太陽電池を、電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に保護層を設けたものが知られている。
【００１３】
図８は、太陽電池モジュールの模式的構造の一例の側断面図を示す。
【００１４】
図８において、太陽電池２１は、複数個の太陽電池素子が直列または並列接続されており、その受光面側に、例えば、ガラス板などの表面保護部材２２、裏面側にアルミ箔の両面に一弗化エチレン（商品名：テドラー，デュポン社製）を接着した防湿保護シートなどの裏面保護部材２３が設けられ、接着封止性に優れかつ安価なＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）などの接着性樹脂封止材２４により熱融着封止されている。ＥＶＡの厚さは、例えば、受光面側および非受光面側共に、それぞれ０．４ｍｍである。
【００１５】
また太陽電池２１は、そのプラス(＋)極とマイナス(−)極に、内部リード線２５、２６が電気的に接続され、この内部リード線２５、２６は、裏面保護部材２３に接着固定された端子ボックス２７に、裏面保護部材２３を貫通して導かれ、端子ボックス２７の内部で外部リード線としてのケーブル２８の芯線２９、３０と電気的に接続され、これら全体として太陽電池モジュール３１を形成している。
【００１６】
なお、前記表面保護部材２２としては、ガラス板などの無機系材料の外に、透光性のアクリル樹脂板やポリカーボネイト樹脂板などの有機系材料を用いることもある。また、裏面保護部材２３としては、上記金属箔入り樹脂以外に、フツ素系フィルムなどの有機系フィルム単体、有機系フィルムと金属箔を貼り合せた複合材料、もしくは金属板やガラス板などの金属・無機系材料を用いることもある。
【００１７】
次に、ガラス基板を用い、その片面側に薄膜太陽電池を形成する片面型薄膜太陽電池の構成とその製造プロセスの概要について述べる。図４は、ガラス基板片面型薄膜太陽電池で典型的に利用される直列接続構造の製造プロセスの一例を示す。図４の（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ下記を示す。即ち、（ａ）は、ガラス基板５１上に、第１電極層５２を成膜した状態の断面図。
（ｂ）は、前記第１電極層５２を、ライン５３においてレーザパターニングした断面図。
（ｃ）は、（ｂ）において非晶質シリコンなどからなる光電変換層５４を形成した断面図。
（ｄ）は、（ｃ）においてライン５５でレーザパターニングした断面図。
（ｅ）は、（ｄ）においてSnO₂などの透明電極層５６を形成した断面図。
（ｆ）は、透明電極層と光電変換層とを一括してライン５７でパターニングし、直列構造を完成させた状態の断面図。
【００１８】
上記のようなプロセスにより、複数個のユニットセル相互を電気的に直列に接続してなるガラス基板型太陽電池が形成される。この場合にも、モジュール化の際には、接着性樹脂封止材により封止され、電気的に保護される。
【００１９】
なお、ガラス基板型太陽電池の場合、前記図４に示す構成において、５２を透明電極層とし、５６を第１電極層とする場合もある。即ち、この場合には、ガラス基板の上に、まず透明電極層が形成され、その上に、光電変換層および第１電極層（裏面電極層）が形成される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の薄膜太陽電池モジュールの製造方法においては、下記のような問題があった。
【００２１】
成膜過程において、基板上に付着しているゴミ等によりピンホールが発生し、第１電極（下電極）と透明電極が電気的に短絡する問題がある。この問題が発生する要因は、透明電極層の形成時点でピンホール内にも透明電極が延長して形成されるためと推定されるが、通常は、このピンホールによる局所短絡部は、ユニットセルへの数ボルトの逆バイアスの電圧印加処理により、電気的に分離（局所短絡部を除去して絶縁）することができる。その理由は、逆バイアスの電圧印加処理によるジュール熱の発生により、ピンホール内の透明電極が焼却除去されるものと推定される。
【００２２】
例えば、４〜８Ｖの逆バイアスを印加する。印加電圧は、まず２Ｖ程度の電圧を印加し、各ユニットセル毎のリーク電流を測定する。リーク電流値が１０〜２０ｍＡ以上のセルに対しては再び逆バイアスを、４〜８Ｖ程度の電圧で印加し、リークポイントを焼き切る。逆バイアス印加後、ソーラーシミュレータにおいて白色光、強度１ＳＵＮ（１００ｍＷ／ｃｍ²）で太陽電池の初期特性を測定する。その後、接着性樹脂封止材や保護層のラミネート工程に移り、モジュール化を行なう。
【００２３】
通常は上記逆バイアス電圧印加処理により、ユニットセル特性は改善するが、あまりピンホ−ルの数が多い場合や大きなピンホールが存在すると、電圧印加処理を行っても、回復できないセルが存在し、ラミネート工程後に新たにリークが発生することが判明した。特に、大電流型の薄膜太陽電池の場合には、ユニットセル面積が大きくなるため（発電電流はユニットセル面積に比例するので）、面積に比例してピンホールの数が増大し、ユニットセル内にこのような回復できないピンホ−ルが残存する確率が高くなる。
【００２４】
また、大きなピンホールがユニットセル内に存在すると、電圧印加処理時に流れる電流が大きなピンホール部に集中するために、その他の小さなピンホ−ルも電圧印加処理で回復できなくなり、リーク電流が所期のレベルまで下がらないことがあった。
【００２５】
ユニットセル内にこのような回復できないピンホ−ルが残存しても、モジュール化後は、薄膜太陽電池の各ユニットセル毎の端子が接着性樹脂で覆われてしまうため、ユニットセル毎に逆バイアスを印加することができない。また、直列接続構造を形成している薄膜太陽電池全体に逆バイアスを印加しても、正常なセルに電圧がかかり、リークポイントに選択的に電圧を印加させることはできない。従って、モジュール化後、特性が低下する太陽電池の初期特性を回復させることができず、この問題は、薄膜太陽電池モジュールの製造歩留まりを低下させる要因となっていた。
【００２６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の課題は、ユニットセル内の局所的短絡に伴う薄膜太陽電池の性能低下の防止を図り、薄膜太陽電池の性能向上と製造歩留りの向上を図った薄膜太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、電気絶縁性を有する基板の表面に、第１電極層、光電変換層、透明電極層の薄膜を積層し、単位部分にパターニングして罫書き線により矩形の単位薄膜太陽電池（ユニットセル）を複数個形成し、このユニットセル相互を電気的に直列に接続し、受光面側および非受光面側に保護層を設けて、接着性樹脂封止材により封止してなる薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、以下の工程を含むこととする（請求項１の発明）。
１）前記複数個のユニットセルを形成後、接着性樹脂封止材により封止する前に、各ユニットセルに逆方向バイアスの電圧印加処理を行なう工程。
２）前記接着性樹脂封止材により封止した後、各ユニットセルの順方向に２ＳＵＮ・分以上２０ＳＵＮ・分以下（１ＳＵＮ＝１００ｍＷ／ｃｍ ² ）の電流を流す順方向バイアスの電圧印加処理を行なう工程。
【００２８】
前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし５の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の製造方法において、前記順方向に電流を流す処理は、前記ユニットセルへの光照射処理とする（請求項２の発明）。また、前記請求項１または２に記載の製造方法において、前記順方向に流す電流値は、前記ユニットセルに１ＳＵＮの光照射を行なった際の短絡電流値の０．５倍以上とする（請求項３の発明）。
【００２９】
さらに、請求項１に記載の製造方法において、前記順方向バイアスの電圧印加処理は、電源による電圧印加処理とし、前記電源はパルス電源とする（請求項４の発明）。また、請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法において、前記順方向バイアスの電圧印加処理の際に、前記薄膜太陽電池を冷却し、その表面温度を２５℃以下とする（請求項５の発明）。
【００３０】
【００３１】
上記各発明の作用効果について、総括的に以下に述べる。例えば直列接続構造の素子に１ＳＵＮの光照射を行うと全ユニットセルにある一定の電流が流れ、それぞれ電圧が発生する。図２は、a-Si/a-Siタンデムセルにおいて、セルのリークレベルが異なる場合の電圧−電流特性（ＶＩ特性）を説明する模式図である。
図２に示すように、１ＳＵＮの光照射を行なった場合、正常なユニットセル（良品セル）には１．５〜２Ｖの電圧が加わる。
【００３２】
図２において、リークが比較的小さなレベルの小リークセルには、これとほぼ同等の電圧が各ユニットセルに加わり、リークポイントを焼き切ることができる。しかしながら、比較的大きなレベルの大リークセルの場合は、発生する電圧は１Ｖ以下となってしまい、リークポイントを焼き切ることができなくなる。したがって、大きなリークを予め逆バイアス処理によって除去しておくことが有効である。
【００３３】
順方向に流す電流は、前記請求項４の発明のように、光照射を行なった際の短絡電流値の０．５倍以上、好ましくは２倍以上とする。また、前記請求項５の発明のように、処理時間と電流値との積、即ち、光照射強度と照射時間の積は、２ＳＵＮ・分以上、好ましくは２０ＳＵＮ・分以上で、光照射強度は２ＳＵＮ以上とする。
【００３４】
また、太陽電池を光照射する際、前記請求項７の発明のように、太陽電池の受光面の温度を少なくとも２５℃以下、好ましくは１０℃以下となるように、冷風を吹きかけ、さらに太陽電池を設置する台に冷却機構を設けることが望ましい。これは、温度依存性のある開放電圧の低下を極力防ぐためである。図３に、セル温度（Ｔ）を変えた場合のＶＩ特性の模式図を示すが、本図に示すように、温度が比較的高いＴ２の場合、温度が比較的低いＴ１に比べて、開放電圧が低下する。開放電圧が低下すると、各ユニットセルにかかる電圧が低下してしまい、その結果短絡部除去効果が低減してしまう。
【００３５】
また、前記請求項６の発明のように、パルス電源を用いて順方向にバイアスを印加することも好ましい。パルス電源を用いる理由としては、太陽電池に電流が流れる際、ジュール熱によって太陽電池が加熱されることによって生じる開放電圧の低下を極力防ぐためである。
【００３６】
大面積の太陽電池に光を照射するためには、大型の設備が必要であるが、直流電源もしくはパルス電源などの外部電源から電流を注入する方法の利点は、光照射に比べて、大型の設備を必要とせず、比較的短時間で処理できる点にある。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
第１の実施例として、光照射を短絡部除去に適用した例について述べる。前述のように，プラスチック基板上にプラズマＣＶＤ法によりa-Siを光電変換層とした薄膜太陽電池を製膜し、各ユニットセルの電気的分離をレーザーパターニングにより行なった。その後、ＥＶＡ樹脂で曲げ・折れ等に対する補強の目的でラミネートを行なった後、４〜８Ｖの逆バイアスを印加し，大きなリークポイントを除去した。
【００３８】
印加電圧は始め４Ｖ程度の電圧を印加し、各ユニットセル毎のリーク電流を測定し、リーク電流値が１０〜２０ｍＡ以上のセルに対して、再び逆バイアスを、６〜８Ｖ程度の電圧で印加し、リークポイントを除去した。逆バイアス印加後、ソーラーシミュレータにおいて白色光、強度１ＳＵＮで太陽電池の初期特性を測定した。
【００３９】
その後、下記のモジュール化工程を行なった。モジュールの形態としてはガラスカバーモジュールとした。（１）太陽電池電極部に配線を施し、太陽電池と外部が電気的に接続できるようにする。（２）配線後、配線部以外をETFE/EVA等の樹脂を太陽電池全体を覆うように表・裏側に設置し、ラミネート装置を用いてラミネートを行う。その後、余分な外周囲をカッターで切断する。（３）端子箱取付工程として、接着剤を用いてモジュールを端子箱に接着固定する。主配線整形後、端子箱内の端子板とハンダ接続し、接着剤硬化後、端子箱フタを取り付け、モジュールを完成する。（４）白色光・強度1SUN(100mW/cm²)で特性試験を行う。この時点での特性試験の値を、後述する図１において「モジュール化後」における特性値とする。
【００４０】
以上の工程により完成した薄膜太陽電池モジュールは、ラミネート工程後に、各ユニットセルに微小なリークが発生し特性が低下する。リークによる特性低下はユニットセルによりばらつきがあるが、２〜２０％程度である。前述の通り、この状態でモジュールの端子に逆バイアスを印加しても電圧は正常なユニットに加わるのみでリークしているユニットには加わらない。これを解決するため、以下の光照射処理を行った。
【００４１】
作製後のモジュールに対して連続光照射装置により、白色光、強度２ＳＵＮ（２００ｍＷ／ｃｍ²）で１０分間光照射を行い、その後、白色光・１ＳＵＮ（１００ｍＷ／ｃｍ²）で特性試験を行なった。この時点での特性試験の値を「光照射後（2SUN,10分）」における特性値とする。
【００４２】
図１は、前記（2SUN,10分）の光照射の効果に関わる１７個のモジュールについての実験結果を示す図であり、前記「モジュール化後」および「光照射後（2SUN,10分）」における発電電力（Ｗ）をそれぞれ、縦軸に示す。図１において、注目すべき点は、１７個のモジュールのセル特性のばらつきが、「モジュール化後」に比較して「光照射後（2SUN,10分）」の方が小さくなっている点である。この理由は、モジュール化後の時点でリークの大きなセルは光照射によりリークが減少して出力が増加し、比較的リークの小さかったセルは、a-Si特有の光劣化により出力が低下したためと考えられる。
【００４３】
図１により、上記光劣化が多少みられるものの、光照射によるリークの減少効果により、全体として発電電力値は底上げされ、実用上、モジュールの出荷許容レベルに到達する。図１において、作製した太陽電池の良/不良判定ラインを初期における発電電力において、例えば４．２Ｗと設定した場合、「モジュール化後」における初期発電電力は全１７個の太陽電池モジュールのうち６個が不良品と判定され、良品率が６４％程度となる。しかし、「光照射後（2SUN,10分）」における発電電力を、上記良/不良判断基準で選ぶと、全１７個の太陽電池モジュールのうち不良品はなく、良品率は１００％となる。
【００４４】
なお、図１の実施例の場合、（光強度）×（光照射時間）= 2SUN×10分=20SUN・分となるが、１ＳＵＮ時の短絡電流値の０．５倍以上の電流となる２SUN・分程度でも特性回復の効果が見られた。また、光源は必ずしも白色光である必要はなく、太陽電池が光吸収・発電を行う波長の単色光を代わりに用いることもできる。
【００４５】
（実施例２）
前記実施例１と同様の手順で作製した太陽電池モジュールにおいて、「モジュール化後」における特性値をソーラーシミュレータで白色光・強度１ＳＵＮで測定した後、太陽電池端子部に順方向に電流が流れるように直流電源を取り付け、「モジュール化後」で測定した短絡電流相当の電流（１００ｍＡ程度）が太陽電池に流れるように調整した後、数秒〜数十秒程度、順方向バイアスを印加した。
【００４６】
この際、ジュール熱で太陽電池の温度が上昇しないように、モジュールを風冷した。その結果、図１に示す結果とほぼ同様の結果を得ることができた。また、電流値としては、「モジュール化後」で測定した短絡電流の０．５倍程度の電流値（５０ｍＡ程度）流した場合でも特性回復の効果は見られた。
【００４７】
また、直流電源の代わりにパルス電源を用いて順方向にバイアスを印加した。パルス電源を用いて太陽電池に電流注入を行った結果、実施例１とほぼ同様の結果を得ることができた。
【００４８】
【発明の効果】
この発明によれば前述のように、電気絶縁性を有する基板の表面に、第１電極層、光電変換層、透明電極層の薄膜を積層し、単位部分にパターニングして罫書き線により矩形の単位薄膜太陽電池（ユニットセル）を複数個形成し、このユニットセル相互を電気的に直列に接続し、受光面側および非受光面側に保護層を設けて、接着性樹脂封止材により封止してなる薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
１）前記複数個のユニットセルを形成後、接着性樹脂封止材により封止する前に、各ユニットセルに逆方向バイアスの電圧印加処理を行なう工程と、
２）前記接着性樹脂封止材により封止した後、各ユニットセルの順方向に２ＳＵＮ・分以上２０ＳＵＮ・分以下（１ＳＵＮ＝１００ｍＷ／ｃｍ ² ）の電流を流す順方向バイアスの電圧印加処理を行なう工程とを含むこととしたので、
ユニットセル内の局所的短絡に伴う薄膜太陽電池の性能低下の防止を図り、薄膜太陽電池の性能向上と製造歩留りの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の光照射の効果に関わる実験結果を示す図
【図２】セルのリークレベルが異なる場合の電圧−電流特性を説明する模式図
【図３】セル温度を変えた場合の電圧−電流特性の模式図
【図４】従来のガラス基板片面型太陽電池の構成プロセスの一例を示す図
【図５】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の概略構成を示す図
【図６】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の概略構成を示す斜視図
【図７】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の製造工程の概略を示す図
【図８】従来の太陽電池モジュールの模式的構造の一例の側断面図
【符号の説明】
２１：太陽電池、２２：表面保護部材、２３：裏面保護部材、２４：接着性樹脂封止材、２５，２６：内部リード線、２７：端子ボックス、３１：太陽電池モジュール、５１，６１，７１：基板、５２，６４，７４：第１電極層（下電極層）、５４，６５，７５：光電変換層、５６，６６，７６：透明電極層、６３：接続電極層、６７，７７：集電孔、６８，７８：接続孔、７３：第３電極層、７９：第４電極層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a thin film solar cell module in which a plurality of unit cells are connected in series or in parallel.
[0002]
[Prior art]
Photoelectric conversion device using non-single crystal film, especially thin film of amorphous (amorphous) silicon (a-Si), polycrystalline silicon or microcrystalline silicon, which is a silicon-based non-single crystal thin film, is formed by plasma discharge. The thin film photoelectric conversion device thus produced is particularly expected in application to a large area thin film solar cell for electric power because it can be manufactured at a low cost at a low temperature with a large area as compared with a single crystal silicon device.
[0003]
Conventional thin-film solar cells generally use a glass substrate described later. In recent years, research and development of flexible solar cells using plastic films has been promoted and put into practical use in terms of weight reduction, workability, and mass productivity. Furthermore, the thing using the film substrate which carried out the insulation coating to the flexible metal material is also developed. Taking advantage of this flexibility, mass production became possible by a roll-to-roll method or a stepping roll method.
[0004]
In the above thin film solar cell, a first electrode (hereinafter also referred to as a lower electrode), a photoelectric conversion layer composed of a thin film semiconductor layer, and a second electrode (hereinafter also referred to as a transparent electrode) are laminated on an electrically insulating film substrate. A plurality of photoelectric conversion elements (or cells) are formed. By repeating electrically connecting the first electrode of a certain photoelectric conversion element and the second electrode of the adjacent photoelectric conversion element, the first electrode of the first photoelectric conversion element and the second electrode of the last photoelectric conversion element Can output the voltage required for For example, in order to obtain an alternating current of 100 V as a commercial power source by alternating current with an inverter, the output voltage of the thin-film solar cell is desirably 100 V or higher, and actually several tens or more elements are connected in series.
[0005]
Such a photoelectric conversion element and its series connection are formed by forming an electrode layer and a photoelectric conversion layer, patterning each layer, and a combination procedure thereof. As an example of the configuration and manufacturing method of the solar cell, the applicant of the present application has proposed a so-called SCAF (Series Connection through Apertures on Film) type thin film solar cell, which is described in, for example, JP-A-10-233517. Yes.
[0006]
FIG. 6 is a perspective view showing a simplified configuration of the SCAF type thin-film solar cell for easy understanding of the structure. In FIG. 6, the unit photoelectric conversion element 62 formed on the surface of the substrate 61 and the connection electrode layer 63 formed on the back surface of the substrate 61 are completely separated into a plurality of unit units, and are formed by shifting the separation positions. ing. For this reason, the current generated in the photoelectric conversion layer 65, which is an amorphous semiconductor portion of the element 62, is first collected in the transparent electrode layer 66, and then on the back surface through the current collecting holes 67 formed in the transparent electrode layer region. It leads to the connection electrode layer 63, and further to the outside of the transparent electrode layer region of the element adjacent to the element through the connection hole 68 for series connection formed outside the transparent electrode layer region of the element in the connection electrode layer region. The extended lower electrode layer 64 is reached, and both elements are connected in series.
[0007]
A simplified manufacturing process of the thin film solar cell is shown in FIGS. Using the plastic film 71 as a substrate (step (a)), a connection hole 78 is formed in this (step (b)), and a first electrode layer (lower electrode) 74 and a third electrode layer (connection electrode) are formed on both sides of the substrate. After (part) 73 is formed (step (c)), a current collecting hole 77 is formed at a position away from the connection hole 78 by a predetermined distance (step (d)). There is a step of patterning the lower electrode by laser processing the first electrode layer (lower electrode) 74 into a predetermined shape between the step (c) and the step (d). Omitted.
[0008]
Next, the semiconductor layer 75 to be a photoelectric conversion layer and the transparent electrode layer 76 to be the second electrode layer are sequentially formed on the first electrode layer 74 (step (e) and step (f)), and the third A fourth electrode layer (connection electrode layer) 79 is formed on the electrode layer 73 (step (g)). Thereafter, a thin film on both sides of the substrate 71 is separated using a laser beam to form a series connection structure as shown in FIG.
[0009]
In FIG. 7, the connection between the transparent electrode layer 76 and the fourth electrode layer 79 in the current collecting hole h2 is shown in two layers by overlapping each other, but in FIG. Are shown as one layer.
[0010]
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the thin-film solar cell shown in FIG. 6 in a simplified and enlarged view for convenience of explanation of the present invention. FIG. 5 (a) is a plan view, and FIG. ) Shows an XX cross-sectional view in FIG.
[0011]
In FIG. 5, the same components as those in FIG. In FIG. 5, the connection electrode layer 63 is composed of two layers, a first connection electrode layer (third electrode layer) and a second connection electrode layer (fourth electrode layer), as described in FIG. Further, the cutting part 1h corresponds to the above-mentioned separation line, and the patterning ruled line part for the connection electrode layer and the cutting part 1g show the patterning ruled line part for the photoelectric conversion part on the substrate surface.
[0012]
In addition, the said thin film solar cell is normally insulated and protected and used as a module. As a solar cell module, in order to seal a thin film solar cell formed on an electrically insulating film substrate with an electrically insulating protective material, on both the light receiving surface side and the non-light receiving surface side of the solar cell. Those provided with a protective layer are known.
[0013]
FIG. 8 shows a side sectional view of an example of a schematic structure of a solar cell module.
[0014]
In FIG. 8, a solar cell 21 has a plurality of solar cell elements connected in series or in parallel, and is provided with a surface protection member 22 such as a glass plate on the light receiving surface side, and on both surfaces of aluminum foil on the back surface side. Back surface protection member 23 such as a moisture-proof protection sheet to which fluorinated ethylene (trade name: Tedlar, manufactured by DuPont) is bonded is provided, and EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer resin), which is excellent in adhesive sealing property and inexpensive. It is heat-sealed and sealed with an adhesive resin sealing material 24. The thickness of EVA is, for example, 0.4 mm on both the light receiving surface side and the non-light receiving surface side.
[0015]
Further, the solar cell 21 has internal lead wires 25 and 26 electrically connected to the positive (+) and negative (−) electrodes, and the internal lead wires 25 and 26 are bonded and fixed to the back surface protection member 23. The terminal box 27 is guided through the back surface protection member 23 and is electrically connected to the core wires 29 and 30 of the cable 28 as an external lead wire inside the terminal box 27. Forming.
[0016]
The surface protection member 22 may be made of an organic material such as a translucent acrylic resin plate or a polycarbonate resin plate in addition to an inorganic material such as a glass plate. Further, as the back surface protection member 23, in addition to the resin containing the metal foil, an organic film alone such as a fluorine-based film, a composite material obtained by bonding an organic film and a metal foil, or a metal such as a metal plate or a glass plate・ Inorganic materials may be used.
[0017]
Next, the structure of a single-sided thin film solar cell in which a thin film solar cell is formed on one side of a glass substrate and an outline of the manufacturing process will be described. FIG. 4 shows an example of a manufacturing process of a series connection structure typically used in a glass substrate single-sided thin film solar cell. (A)-(f) of Drawing 4 shows the following, respectively. That is, (a) is a cross-sectional view of a state in which the first electrode layer 52 is formed on the glass substrate 51.
FIG. 5B is a cross-sectional view of the first electrode layer 52 laser patterned on the line 53.
(C) is a sectional view in which the photoelectric conversion layer 54 made of amorphous silicon or the like is formed in (b).
(D) is sectional drawing which carried out the laser patterning by the line 55 in (c).
(E) are cross-sectional views to form a transparent electrode layer 56, such as SnO ₂ in (d).
(F) is sectional drawing of the state which patterned the transparent electrode layer and the photoelectric converting layer collectively with the line 57, and completed the serial structure.
[0018]
By the process as described above, a glass substrate type solar cell in which a plurality of unit cells are electrically connected in series is formed. Also in this case, when modularized, it is sealed with an adhesive resin sealing material and is electrically protected.
[0019]
In the case of a glass substrate type solar cell, in the configuration shown in FIG. 4, 52 may be a transparent electrode layer and 56 may be a first electrode layer. That is, in this case, a transparent electrode layer is first formed on a glass substrate, and a photoelectric conversion layer and a first electrode layer (back electrode layer) are formed thereon.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the manufacturing method of the said conventional thin film solar cell module, there existed the following problems.
[0021]
In the film forming process, there is a problem that pinholes are generated due to dust or the like adhering to the substrate, and the first electrode (lower electrode) and the transparent electrode are electrically short-circuited. The cause of this problem is presumed to be that the transparent electrode is also extended and formed in the pinhole at the time of forming the transparent electrode layer. Electrical isolation (removal of the local short-circuit portion and insulation) can be achieved by applying a reverse bias voltage of several volts to the substrate. The reason is presumed that the transparent electrode in the pinhole is incinerated and removed by the generation of Joule heat due to the reverse bias voltage application process.
[0022]
For example, a reverse bias of 4 to 8 V is applied. As the applied voltage, first, a voltage of about 2 V is applied, and the leakage current for each unit cell is measured. A reverse bias is applied again to a cell having a leak current value of 10 to 20 mA or more at a voltage of about 4 to 8 V to burn out the leak point. After the reverse bias is applied, the initial characteristics of the solar cell are measured with white light and an intensity of 1 SUN (100 mW / cm ² ) in a solar simulator. Thereafter, the process proceeds to a laminating process of an adhesive resin sealing material and a protective layer, and modularization is performed.
[0023]
Normally, the reverse bias voltage application process improves the unit cell characteristics, but if there are too many pinholes or large pinholes, there are cells that cannot be recovered even if the voltage application process is performed. It was found that a new leak occurred after the laminating process. In particular, in the case of a high-current thin-film solar cell, the unit cell area increases (since the generated current is proportional to the unit cell area), the number of pinholes increases in proportion to the area, Therefore, the probability that such a pinhole that cannot be recovered remains high.
[0024]
In addition, if a large pinhole exists in the unit cell, the current that flows during the voltage application process concentrates on the large pinhole part, so other small pinholes cannot be recovered by the voltage application process, and the leakage current is expected. Sometimes did not go down to the level.
[0025]
Even if such unrecoverable pinholes remain in the unit cell, after modularization, the terminals of each unit cell of the thin-film solar cell are covered with the adhesive resin. Cannot be applied. Further, even if a reverse bias is applied to the entire thin film solar cell forming the series connection structure, a voltage is applied to a normal cell, and the voltage cannot be selectively applied to the leak point. Therefore, after the modularization, the initial characteristics of the solar cell whose characteristics are deteriorated cannot be recovered, and this problem has been a factor of reducing the manufacturing yield of the thin film solar cell module.
[0026]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent the performance of the thin film solar cell from being deteriorated due to a local short circuit in the unit cell. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin-film solar cell module that improves the performance and the manufacturing yield.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the present invention, a thin film of a first electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a transparent electrode layer is laminated on the surface of a substrate having electrical insulation, and a ruled line is formed by patterning on a unit portion. Form a plurality of rectangular unit thin film solar cells (unit cells), electrically connect these unit cells in series, and provide protective layers on the light-receiving surface side and non-light-receiving surface side, and seal with adhesive resin It is a manufacturing method of the thin film solar cell module sealed with a material, Comprising: The following processes are included (invention of Claim 1).
1) A step of applying a reverse bias voltage to each unit cell after forming the plurality of unit cells and before sealing with an adhesive resin sealing material.
2) After applying the adhesive resin sealing material, forward bias voltage application processing is performed in which a current of ² SUN · min to 20 SUN · min (1 SUN = 100 mW / cm ² ) flows in the forward direction of each unit cell. The process to perform.
[0028]
As an embodiment of the invention of claim 1, the inventions of claims 2 to 5 below are preferable. That is, in the manufacturing method according to claim 1, the process of passing a current in the forward direction is a light irradiation process to the unit cell (invention of claim 2). Further, in the manufacturing method according to claim 1 or 2, the current value flowing in the forward direction is 0.5 times or more the short-circuit current value when the unit cell is irradiated with 1 SUN of light (invoice). Item 3).
[0029]
Furthermore, in the manufacturing method according to claim 1, the forward bias voltage application process is a voltage application process by a power source, and the power source is a pulse power source (invention of claim 4). Further, in the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4 , the thin-film solar cell is cooled at the time of the forward bias voltage application process, and the surface temperature thereof is set to 25 ° C. or less (claim 5). Invention).
[0030]
[0031]
The operational effects of the above inventions will be generally described below. For example, when 1 SUN of light is applied to elements having a series connection structure, a certain current flows in all unit cells, and a voltage is generated respectively. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining voltage-current characteristics (VI characteristics) when the leak levels of the a-Si / a-Si tandem cells are different.
As shown in FIG. 2, when 1 SUN light irradiation is performed, a voltage of 1.5 to 2 V is applied to a normal unit cell (non-defective cell).
[0032]
In FIG. 2, a small leak cell with a relatively small level of leak has a voltage substantially equal to this applied to each unit cell, so that the leak point can be burned out. However, in the case of a large leak cell having a relatively large level, the generated voltage becomes 1 V or less, and the leak point cannot be burned out. Therefore, it is effective to remove a large leak in advance by reverse bias processing.
[0033]
The current flowing in the forward direction is 0.5 times or more, preferably 2 times or more the short-circuit current value when light irradiation is performed, as in the invention of claim 4. Further, as in the invention of claim 5, the product of the processing time and the current value, that is, the product of the light irradiation intensity and the irradiation time is 2 SUN · min or more, preferably 20 SUN · min or more, and the light irradiation intensity is 2 SUN or more.
[0034]
Further, when the solar cell is irradiated with light, as in the invention of claim 7, cold air is blown so that the temperature of the light receiving surface of the solar cell is at least 25 ° C. or less, preferably 10 ° C. or less. It is desirable to provide a cooling mechanism on the table on which the camera is installed. This is to prevent the temperature-dependent open circuit voltage from being lowered as much as possible. FIG. 3 shows a schematic diagram of the VI characteristics when the cell temperature (T) is changed. As shown in this figure, when the temperature is relatively high, T2 is open compared to the relatively low temperature T1. The voltage drops. When the open circuit voltage is lowered, the voltage applied to each unit cell is lowered, and as a result, the short-circuit removing effect is reduced.
[0035]
Further, as in the sixth aspect of the invention, it is also preferable to apply a bias in the forward direction using a pulse power supply. The reason for using the pulse power source is to prevent the open circuit voltage from being lowered as much as possible when the solar cell is heated by Joule heat when a current flows through the solar cell.
[0036]
In order to irradiate a large area solar cell with light, a large facility is required. However, the advantage of the method of injecting current from an external power source such as a DC power source or a pulse power source is larger than that of light irradiation. It is in the point that it can be processed in a relatively short time without the need for equipment.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Example 1)
As a first embodiment, an example in which light irradiation is applied to the removal of a short-circuit portion will be described. As described above, a thin film solar cell using a-Si as a photoelectric conversion layer was formed on a plastic substrate by plasma CVD, and each unit cell was electrically separated by laser patterning. Then, after laminating with an EVA resin for the purpose of reinforcing against bending and bending, a reverse bias of 4 to 8 V was applied to remove a large leak point.
[0038]
As the applied voltage, a voltage of about 4V is first applied, the leakage current of each unit cell is measured, and a reverse bias is applied again to a cell having a leakage current value of 10 to 20 mA or more at a voltage of about 6 to 8V. And the leak point was removed. After applying the reverse bias, the initial characteristics of the solar cell were measured with a white light and an intensity of 1 SUN in a solar simulator.
[0039]
Then, the following modularization process was performed. The module was a glass cover module. (1) The solar cell electrode portion is wired so that the solar cell and the outside can be electrically connected. (2) After wiring, place a resin such as ETFE / EVA on the front and back sides so as to cover the entire solar cell except for the wiring part, and laminate using a laminator. After that, the excess outer periphery is cut with a cutter. (3) As a terminal box mounting step, the module is bonded and fixed to the terminal box using an adhesive. After the main wiring shaping, solder connection with the terminal board in the terminal box, and after curing the adhesive, attach the terminal box cover and complete the module. (4) Perform a characteristic test with white light and intensity of 1 SUN (100 mW / cm ² ). The value of the characteristic test at this time is set as the characteristic value “after modularization” in FIG.
[0040]
The thin-film solar cell module completed by the above process has a small leak in each unit cell after the laminating process, and the characteristics are deteriorated. The characteristic deterioration due to leakage varies depending on the unit cell, but is about 2 to 20%. As described above, even if a reverse bias is applied to the terminal of the module in this state, the voltage is only applied to the normal unit and not to the leaking unit. In order to solve this, the following light irradiation treatment was performed.
[0041]
The module after fabrication was irradiated with white light with an intensity of ² SUN (200 mW / cm ² ) for 10 minutes using a continuous light irradiation device, and then subjected to a characteristic test with white light and 1 SUN (100 mW / cm ² ). . The value of the characteristic test at this point is defined as the characteristic value after “light irradiation (2 SUN, 10 minutes)”.
[0042]
FIG. 1 is a diagram showing experimental results for 17 modules related to the effect of light irradiation of (2SUN, 10 minutes), and the “after modularization” and “after light irradiation (2SUN, 10 minutes)”. The generated power (W) is shown on the vertical axis. In FIG. 1, the remarkable point is that the variation in cell characteristics of 17 modules is smaller in “After light irradiation (2 SUN, 10 minutes)” than in “After modularization”. is there. The reason for this is that, after modularization, cells with large leaks have reduced leakage due to light irradiation and output has increased, while cells with relatively small leaks have had lower output due to light degradation peculiar to a-Si. Conceivable.
[0043]
As shown in FIG. 1, although the above-mentioned light degradation is somewhat observed, the generated power value is raised as a whole due to the effect of reducing the leakage due to light irradiation, and practically reaches the module shipping allowable level. In FIG. 1, when the good / bad judgment line of the produced solar cell is set to 4.2 W, for example, in the initial generated power, the initial generated power after “modularization” is 6 out of the total 17 solar cell modules. The individual is determined to be defective, and the non-defective product rate is about 64%. However, if the generated power after “light irradiation (2 SUN, 10 minutes)” is selected according to the above-mentioned good / bad judgment criteria, there is no defective product among all the 17 solar cell modules, and the good product rate is 100%.
[0044]
In the case of the embodiment of FIG. 1, (light intensity) × (light irradiation time) = 2 SUN × 10 minutes = 20 SUN · minute, but 2 SUN that is 0.5 times or more the short-circuit current value at 1 SUN.・ Characteristic recovery effect was seen even in minutes. The light source is not necessarily white light, and monochromatic light having a wavelength at which the solar cell absorbs light and generates power can be used instead.
[0045]
(Example 2)
In the solar cell module manufactured in the same procedure as in Example 1, the characteristic value after “modularization” is measured with white light / intensity of 1 SUN using a solar simulator, and then a current flows in the forward direction in the solar cell terminal portion. A direct-current power source was attached to the solar cell, and a forward bias was applied for several seconds to several tens of seconds after adjusting the current corresponding to the short-circuit current (about 100 mA) measured in “after modularization” to flow through the solar cell.
[0046]
At this time, the module was air-cooled so that the temperature of the solar cell would not rise due to Joule heat. As a result, a result almost similar to the result shown in FIG. 1 could be obtained. Further, as a current value, even when a current value (about 50 mA) about 0.5 times the short-circuit current measured in “after modularization” was passed, the effect of characteristic recovery was observed.
[0047]
Also, a bias was applied in the forward direction using a pulse power supply instead of a DC power supply. As a result of injecting current into the solar cell using the pulse power source, almost the same result as in Example 1 could be obtained.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, the first electrode layer, the photoelectric conversion layer, and the transparent electrode layer are stacked on the surface of the substrate having electrical insulation, and the unit portion is patterned and rectangular by the ruled lines. A plurality of unit thin film solar cells (unit cells) are formed, the unit cells are electrically connected in series, protective layers are provided on the light receiving surface side and the non-light receiving surface side, and sealed with an adhesive resin sealing material. A method for producing a thin film solar cell module,
1) a step of applying a reverse bias voltage to each unit cell after forming the plurality of unit cells and before sealing with an adhesive resin sealing material;
2) After applying the adhesive resin sealing material, forward bias voltage application processing is performed in which a current of ² SUN · min to 20 SUN · min (1 SUN = 100 mW / cm ² ) flows in the forward direction of each unit cell. To include a process to be performed,
It is possible to prevent the performance of the thin film solar cell from being deteriorated due to a local short circuit in the unit cell, and to improve the performance of the thin film solar cell and the production yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing experimental results related to the effect of light irradiation according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining voltage-current characteristics when cell leakage levels are different. FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of a configuration process of a conventional glass substrate single-sided solar cell. FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional SCAF type thin film solar cell. FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional SCAF type thin film solar cell. FIG. 7 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a conventional SCAF type thin film solar cell. FIG. 8 is an example of a schematic structure of a conventional solar cell module. Side sectional view [Explanation of symbols]
21: Solar cell, 22: Surface protection member, 23: Back surface protection member, 24: Adhesive resin sealing material, 25, 26: Internal lead wire, 27: Terminal box, 31: Solar cell module, 51, 61, 71 : Substrate, 52, 64, 74: first electrode layer (lower electrode layer), 54, 65, 75: photoelectric conversion layer, 56, 66, 76: transparent electrode layer, 63: connection electrode layer, 67, 77: collection Electrode hole, 68, 78: connection hole, 73: third electrode layer, 79: fourth electrode layer.

Claims

電気絶縁性を有する基板の表面に、第１電極層、光電変換層、透明電極層の薄膜を積層し、単位部分にパターニングして罫書き線により矩形の単位薄膜太陽電池（ユニットセル）を複数個形成し、このユニットセル相互を電気的に直列に接続し、受光面側および非受光面側に保護層を設けて、接着性樹脂封止材により封止してなる薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
１）前記複数個のユニットセルを形成後、接着性樹脂封止材により封止する前に、各ユニットセルに逆方向バイアスの電圧印加処理を行なう工程。
２）前記接着性樹脂封止材により封止した後、各ユニットセルの順方向に２ＳＵＮ・分以上２０ＳＵＮ・分以下（１ＳＵＮ＝１００ｍＷ／ｃｍ ² ）の電流を流す順方向バイアスの電圧印加処理を行なう工程。A thin film of a first electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a transparent electrode layer is laminated on the surface of a substrate having electrical insulation, and a plurality of rectangular unit thin film solar cells (unit cells) are formed by ruled lines by patterning on a unit portion. A thin-film solar cell module that is individually formed, electrically connected in series with each other, provided with a protective layer on the light-receiving surface side and the non-light-receiving surface side, and sealed with an adhesive resin sealing material It is a method, Comprising: The manufacturing method of the thin film solar cell module characterized by including the following processes.
1) A step of applying a reverse bias voltage to each unit cell after forming the plurality of unit cells and before sealing with an adhesive resin sealing material.
2) After applying the adhesive resin sealing material, forward bias voltage application processing is performed in which a current of ² SUN · min to 20 SUN · min (1 SUN = 100 mW / cm ² ) flows in the forward direction of each unit cell. The process to perform.

請求項１に記載の製造方法において、前記順方向に電流を流す処理は、前記ユニットセルへの光照射処理とすることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。2. The method of manufacturing a thin-film solar cell module according to claim 1, wherein the process of passing a current in the forward direction is a light irradiation process on the unit cell .

請求項１または２に記載の製造方法において、前記順方向に流す電流値は、前記ユニットセルに１ＳＵＮの光照射を行なった際の短絡電流値の０．５倍以上とすることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。3. The manufacturing method according to claim 1 , wherein the current value to flow in the forward direction is 0.5 times or more of a short-circuit current value when the unit cell is irradiated with 1 SUN of light. Manufacturing method of thin film solar cell module.

請求項１に記載の製造方法において、前記順方向バイアスの電圧印加処理は、電源による電圧印加処理とし、前記電源はパルス電源とすることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。2. The method of manufacturing a thin film solar cell module according to claim 1 , wherein the forward bias voltage application process is a voltage application process by a power source, and the power source is a pulse power source .

請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法において、前記順方向バイアスの電圧印加処理の際に、前記薄膜太陽電池を冷却し、その表面温度を２５℃以下とすることを特徴とする薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 5. The thin film according to claim 1 , wherein the thin film solar cell is cooled during the forward bias voltage application process, and the surface temperature thereof is 25 ° C. or lower. Manufacturing method of solar cell module.