JPH06334205A - Solar cell - Google Patents
Solar cellInfo
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- JPH06334205A JPH06334205A JP5146910A JP14691093A JPH06334205A JP H06334205 A JPH06334205 A JP H06334205A JP 5146910 A JP5146910 A JP 5146910A JP 14691093 A JP14691093 A JP 14691093A JP H06334205 A JPH06334205 A JP H06334205A
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池に関するもの
であり、特にその基板および受光面側の保護層の改良に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly to improvement of a protective layer on a substrate and a light receiving surface of the solar cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】太陽電池は、電卓、腕時計などの電子機
器のエネルギー電源として広く用いられてきているが、
近年さらに、地球環境浄化や省エネルギーの観点から太
陽エネルギーの有効利用が望まれ、高効率、高強度、低
価格の新しい太陽電池の開発が求められている。従来の
太陽電池は、シリコンまたは化合物半導体を用いるもの
が主であり、ガラスのような絶縁性基板やステンレス鋼
基板に光電変換材料と導電性電極などを担持したもの
と、単結晶ウエハを処理した基板を用いないものに分類
される。単結晶Siを用いるものは、光電変換効率が2
0%近くあり、信頼性も高い。多結晶Siを用いるもの
は、変換効率は16%程度で、単結晶を用いるものより
も低コストである。これに対しアモルファスSiを用い
るものは、変換効率は15%程度であり、低コストで容
易に製造できるが、屋外で連続使用する場合耐候性の点
で改善の余地がある。GaAsのような化合物半導体を
用いるものは、変換効率は高いが、コスト、公害等の点
で改善の余地がある。2. Description of the Related Art Solar cells have been widely used as an energy source for electronic devices such as calculators and wristwatches.
Further, in recent years, effective use of solar energy is desired from the viewpoints of global environment purification and energy saving, and development of new solar cells with high efficiency, high strength and low cost is required. Conventional solar cells are mainly those using silicon or compound semiconductors, in which a photoelectric conversion material and a conductive electrode are carried on an insulating substrate such as glass or a stainless steel substrate, and a single crystal wafer is processed. It is classified as one that does not use a substrate. A photoelectric conversion efficiency of 2 using single crystal Si is
It is close to 0% and highly reliable. The one using polycrystalline Si has a conversion efficiency of about 16%, which is lower in cost than the one using single crystal. On the other hand, the one using amorphous Si has a conversion efficiency of about 15% and can be easily manufactured at low cost, but there is room for improvement in weather resistance when continuously used outdoors. The one using a compound semiconductor such as GaAs has a high conversion efficiency, but there is room for improvement in terms of cost, pollution and the like.
【0003】これらの太陽電池は、特に屋外で使用され
るとき、光起電層がむき出しの状態であると、太陽光、
温度、湿度、塵挨などによる機能劣化が大きくなる。そ
こで、これを防止するために従来は、樹脂やガラスで光
起電層を被覆している。When these photovoltaic cells are used outdoors, if the photovoltaic layer is exposed, sunlight,
Functional deterioration due to temperature, humidity, dust, etc. increases. Therefore, in order to prevent this, conventionally, the photovoltaic layer is coated with resin or glass.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】光起電層の受光面側に
設ける保護層に樹脂を用いる場合は、塗布法などで容易
に形成できるが、例えば砂漠での砂などにより表面が粗
面化され、太陽光の透過率が大きく減少するという欠点
がある。また、ガラス板を光起電層上に配置する場合
は、ガラスの機械強度を保つために厚さ1mm以上のガ
ラスを用いる必要があり、素子全体が大きくなってしま
う。さらに、ガラス板の機械的破損は免れない。これら
の問題は、基板のサイズが大きくなるほど顕在化してく
る。本発明は、機械的な強度に優れ、低価格で、なおか
つ耐候性に優れた太陽電池を提供することを目的とす
る。When a resin is used for the protective layer provided on the light-receiving surface side of the photovoltaic layer, it can be easily formed by a coating method or the like, but the surface is roughened by sand in the desert, for example. However, there is a drawback in that the transmittance of sunlight is greatly reduced. Further, when the glass plate is arranged on the photovoltaic layer, it is necessary to use glass having a thickness of 1 mm or more in order to maintain the mechanical strength of the glass, and the size of the entire device becomes large. Moreover, mechanical damage to the glass plate is unavoidable. These problems become more serious as the size of the substrate increases. It is an object of the present invention to provide a solar cell which has excellent mechanical strength, low cost, and excellent weather resistance.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、表面にガラスセラミック層を形成した金属
基体、前記ガラスセラミック層上に設けた光起電層、前
記光起電層の少なくとも一部に接触して形成された一対
の導電性電極、および前記光起電層を被覆するガラスフ
リットの焼成物からなるガラス層により太陽電池を構成
するものである。ここにおいて、前記ガラス層の熱膨張
係数は光起電層のそれとほぼ同じであることが望まし
い。In order to achieve the above object, the present invention provides a metal substrate having a glass ceramic layer formed on the surface thereof, a photovoltaic layer provided on the glass ceramic layer, and a photovoltaic layer. A solar cell is constituted by a pair of conductive electrodes formed in contact with at least a part of the conductive layer, and a glass layer made of a fired product of a glass frit covering the photovoltaic layer. Here, the coefficient of thermal expansion of the glass layer is preferably substantially the same as that of the photovoltaic layer.
【0006】また、本発明の太陽電池は、前記の構成に
光起電層の外周部を保護するガラス枠層を付加する。こ
の構成においては、ガラス枠層の熱膨張係数は、光起電
層のそれとガラス層のそれとの間の値であることが好ま
しい。前記のガラス層およびガラス枠層は、ガラスフリ
ット材料を印刷、塗布、ディップ、電気泳動電着のいず
れかの方法で所定の位置に担持させた後、焼成すること
によって形成することができる。In addition, in the solar cell of the present invention, a glass frame layer for protecting the outer peripheral portion of the photovoltaic layer is added to the above structure. In this configuration, the thermal expansion coefficient of the glass frame layer is preferably a value between that of the photovoltaic layer and that of the glass layer. The glass layer and the glass frame layer can be formed by supporting the glass frit material at a predetermined position by any method of printing, coating, dipping, and electrophoretic electrodeposition, and then firing.
【0007】ガラス層の熱膨張係数は、(50〜70)
×10-7/℃であることが好ましく、またガラス層の厚
さは20〜100μmが好ましい。前記ガラスセラミッ
ク層の熱膨張係数は、(100〜150)×10-7/℃
であることが好ましい。また、ガラスセラミックは、S
i、Bの酸化物をマトリクスとし、少なくともCa、B
a、Mgと酸素とからなる複合酸化物の結晶層を有する
部分結晶化ガラスであることが好ましい。The coefficient of thermal expansion of the glass layer is (50 to 70).
It is preferably × 10 −7 / ° C., and the thickness of the glass layer is preferably 20 to 100 μm. The coefficient of thermal expansion of the glass ceramic layer is (100 to 150) × 10 −7 / ° C.
Is preferred. In addition, glass ceramic is S
i, B oxide as a matrix, at least Ca, B
It is preferably a partially crystallized glass having a crystal layer of a complex oxide composed of a, Mg and oxygen.
【0008】[0008]
【作用】本発明によると、特に前記ガラス層を前記光起
電層上に印刷、焼成等の方法で直接形成されるため、耐
候性に優れ、屋外使用時においても砂などによる破損や
光透過率の低下が非常に少なくなる。また、基板にメタ
ルコア基板を用いているため、電池そのものが可撓性、
耐熱性、耐湿性に優れ、機械的強度が高く、種々の形状
にすることができる。さらに、ガラスセラミック層が高
耐熱性であるため、CVDなどの方法による光起電層の
製膜時にも基板にダメージを与えることなく安定した膜
を形成することができる。また、ガラス基板に較べると
メタルコア基板は非常に低価格である。According to the present invention, since the glass layer is directly formed on the photovoltaic layer by a method such as printing or firing, it has excellent weather resistance and is not damaged by sand or light transmission even when used outdoors. The rate drop is very small. Also, since the metal core substrate is used as the substrate, the battery itself is flexible,
It has excellent heat resistance and moisture resistance, high mechanical strength, and can be formed into various shapes. Furthermore, since the glass ceramic layer has high heat resistance, a stable film can be formed without damaging the substrate even when the photovoltaic layer is formed by a method such as CVD. Further, the metal core substrate is very low in price as compared with the glass substrate.
【0009】[0009]
【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。 [実施例1]厚さ50μmのステンレス鋼SUS430
の板の両面に電気泳動電着法によってSiO2−B2O3
−MgO−CaO系のガラス粒層を形成する。これを9
00℃で焼成し結晶化ガラス層とする。このガラス層
は、厚さが100μm、表面粗さ(Ra)が0.05μ
mであり、耐熱性は850℃以上である。図1に示すよ
うに、このようにして得られた金属基体1とガラスセラ
ミック層2からなるメタルコア基板3の上に、多結晶S
iの光起電層4と一対の導電性電極5、6を形成する。
次に、光起電層4からその周縁部のガラスセラミック層
2にわたる部分に、ホウ珪酸鉛系ガラス(熱膨張係数が
70×10-7/℃)粉末、メチルセロソルブおよびテル
ピネオールから構成されるペーストを印刷して乾燥後、
600℃で焼成し表面保護層のガラス層7を形成する。
ガラス層7の厚さは50μmである。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below. [Example 1] Stainless steel SUS430 having a thickness of 50 µm
Of SiO 2 -B 2 O 3 on both sides of the plate by the electrophoretic electrodeposition method.
-A MgO-CaO-based glass particle layer is formed. This is 9
It is fired at 00 ° C. to form a crystallized glass layer. This glass layer has a thickness of 100 μm and a surface roughness (Ra) of 0.05 μm.
m, and the heat resistance is 850 ° C. or higher. As shown in FIG. 1, polycrystalline S is formed on the metal core substrate 3 composed of the metal substrate 1 and the glass ceramic layer 2 thus obtained.
A photovoltaic layer 4 of i and a pair of conductive electrodes 5, 6 are formed.
Next, a paste composed of lead borosilicate glass (coefficient of thermal expansion of 70 × 10 −7 / ° C.) powder, methyl cellosolve and terpineol was applied to the portion extending from the photovoltaic layer 4 to the glass ceramic layer 2 at the periphery thereof. After printing and drying,
The glass layer 7 of the surface protective layer is formed by firing at 600 ° C.
The glass layer 7 has a thickness of 50 μm.
【0010】[実施例2]実施例1と同じメタルコア基
板3の上に、図2に示すように、単結晶Siの光起電層
14と導電性電極15、16を形成する。次に、光起電
層14とその周縁部のガラスセラミック層2を覆うよう
に、電気泳動電着法によりホウ珪酸鉛系ガラス(熱膨張
係数が100×10-7/℃)粉末層を析出させ、乾燥
後、600℃で焼成しガラス層17を形成する。ガラス
層17の厚さは70μmである。[Embodiment 2] On the same metal core substrate 3 as in Embodiment 1, as shown in FIG. 2, a photovoltaic layer 14 of single crystal Si and conductive electrodes 15 and 16 are formed. Next, a lead borosilicate glass (coefficient of thermal expansion: 100 × 10 −7 / ° C.) powder layer is deposited by an electrophoretic electrodeposition method so as to cover the photovoltaic layer 14 and the glass ceramic layer 2 around the photovoltaic layer 14. Then, after drying, the glass layer 17 is formed by baking at 600 ° C. The glass layer 17 has a thickness of 70 μm.
【0011】[実施例3]実施例1と同じメタルコア基
板1の上に、図3に示すように、単結晶Siの光起電層
34と導電性電極35、36を形成する。次に、光起電
層34の外周部のガラスセラミック層2の上に、ホウ珪
酸鉛系ガラス(熱膨張係数が100×10-7/℃)粉
末、メチルセロソルブおよびテルピネオールよりなるペ
ーストを印刷し、乾燥後600℃で焼成しガラス枠層3
8を形成する。ガラス枠層38の厚さは100μmであ
る。さらに、ガラス枠層38と光起電層34の上に印
刷、焼成によりガラス層37を形成する。ガラス層37
の厚さは70μmであり、その熱膨張係数は100×1
0-7/℃である。[Embodiment 3] On the same metal core substrate 1 as in Embodiment 1, as shown in FIG. 3, a photovoltaic layer 34 of single crystal Si and conductive electrodes 35, 36 are formed. Then, on the glass ceramic layer 2 of the outer peripheral portion of the photovoltaic layer 34, lead borosilicate based glass (thermal expansion coefficient of 100 × 10 - 7 / ℃) powder, and printing a paste consisting of methyl cellosolve and terpineol After drying, the glass frame layer 3 is fired at 600 ° C.
8 is formed. The thickness of the glass frame layer 38 is 100 μm. Further, the glass layer 37 is formed on the glass frame layer 38 and the photovoltaic layer 34 by printing and firing. Glass layer 37
Has a thickness of 70 μm and its thermal expansion coefficient is 100 × 1
It is 0 -7 / ° C.
【0012】[実施例4]図4に示すように、実施例1
と同じ基板3に銀ペイント電極45を複数個形成し、さ
らにCVD法によってSiの光起電層44を複数個形成
する。次に、硝酸インジウム、シュウ酸第1スズ、アセ
チルアセトン、グリセリンおよびアセトンを出発原料と
して還流して得られた溶液に、前記の基板をディップ
し、5分間室温で放置し、100℃で5分間乾燥した
後、室温から30℃/分の速度で500℃まで加熱昇温
し、500℃で1時間保持する。この結果、基板の上に
厚さ80nmのITO膜46が形成される。さらに、ホ
ウ珪酸鉛系ガラス(熱膨張係数が70×10-7/℃)粉
末、メチルセロソルブおよびテルピネオールから構成さ
れるペーストを印刷し、乾燥後600℃で焼成しガラス
層47を形成する。ガラス層47の厚さは50μmであ
る。[Embodiment 4] As shown in FIG.
A plurality of silver paint electrodes 45 are formed on the same substrate 3, and a plurality of Si photovoltaic layers 44 are further formed by the CVD method. Next, the substrate is dipped in a solution obtained by refluxing indium nitrate, stannous oxalate, acetylacetone, glycerin and acetone as starting materials, left at room temperature for 5 minutes, and dried at 100 ° C. for 5 minutes. After that, the temperature is raised from room temperature to 500 ° C. at a rate of 30 ° C./min, and the temperature is maintained at 500 ° C. for 1 hour. As a result, the ITO film 46 having a thickness of 80 nm is formed on the substrate. Further, a paste composed of lead borosilicate glass (coefficient of thermal expansion: 70 × 10 −7 / ° C.) powder, methyl cellosolve and terpineol is printed, dried and baked at 600 ° C. to form a glass layer 47. The glass layer 47 has a thickness of 50 μm.
【0013】上記実施例の太陽電池は、それぞれ用いた
太陽電池素子のもつ変換効率を示し、しかも機械的強度
が大きく、耐候性に優れている。実施例は、基板として
ステンレス鋼板の両面にSiO2ーB2O3ーMgOーC
aO系の部分結晶化ガラス層を形成したものを用いた
が、金属基体の種類やガラスの種類などこの範囲に限定
されるものではない。また、ガラスセラミック層を金属
基体の片面に形成したものも有効である。The solar cells of the above examples show the conversion efficiency of the solar cell elements used, have high mechanical strength, and are excellent in weather resistance. In the example, SiO 2 —B 2 O 3 —MgO—C was formed on both sides of a stainless steel plate as a substrate.
Although an aO-based partially crystallized glass layer is used, the type of metal substrate and the type of glass are not limited to this range. Further, a glass ceramic layer formed on one side of a metal substrate is also effective.
【0014】[0014]
【発明の効果】本発明の太陽電池は、金属基体にガラス
セラミック層を形成したいわゆるメタルコア基板を用
い、表面保護層に光起電層上に印刷焼成法などにより直
接形成したガラス層を用いているため、機械的強度、可
撓性、耐熱性などに優れ、屋外使用時の砂ほこりなどに
よる保護層の光透過率減少も非常に小さく、長期間にわ
たって高い光電変換効率を維持できる。INDUSTRIAL APPLICABILITY The solar cell of the present invention uses a so-called metal core substrate in which a glass ceramic layer is formed on a metal substrate, and uses a glass layer directly formed on the photovoltaic layer as a surface protection layer by a printing firing method or the like. Therefore, it has excellent mechanical strength, flexibility, heat resistance, and the like, and the decrease in light transmittance of the protective layer due to sand dust during outdoor use is very small, and high photoelectric conversion efficiency can be maintained for a long period of time.
【図1】本発明の太陽電池の一実施例の構成を示す縦断
面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing a configuration of an embodiment of a solar cell of the present invention.
【図2】本発明の太陽電池の他の実施例の構成を示す縦
断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of another embodiment of the solar cell of the present invention.
【図3】本発明の太陽電池の他の実施例の構成を示す縦
断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of another embodiment of the solar cell of the present invention.
【図4】本発明の太陽電池の他の実施例の構成を示す縦
断面図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of another embodiment of the solar cell of the present invention.
1 金属基体 2 ガラスセラミック層 3 基板 4 光起電層 5、6 導電性電極 7 ガラス層 1 Metal Substrate 2 Glass Ceramic Layer 3 Substrate 4 Photovoltaic Layer 5, 6 Conductive Electrode 7 Glass Layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 健 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 水野 康男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平賀 将浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 半田 晴彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Ken Ishihara Ken 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yasuo Mizuno 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Masahiro Hiraga 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Haruhiko Handa 1006 Kadoma, Kadoma City Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (4)
属基体、前記ガラスセラミック層上に設けた光起電層、
前記光起電層の少なくとも一部に接触して形成された一
対の導電性電極、および前記光起電層を被覆するガラス
フリットの焼成物からなるガラス層を具備する太陽電
池。1. A metal substrate having a glass ceramic layer formed on the surface thereof, a photovoltaic layer provided on the glass ceramic layer,
A solar cell comprising a pair of conductive electrodes formed in contact with at least a part of the photovoltaic layer, and a glass layer made of a fired product of a glass frit covering the photovoltaic layer.
属基体、前記ガラスセラミック層上に設けた光起電層、
前記光起電層の少なくとも一部に接触して形成された一
対の導電性電極、前記光起電層の外周部において前記ガ
ラスセラミック層上に設けたガラスフリットの焼成物か
らなるガラス枠層、および前記光起電層を被覆するとと
もに光起電層から前記ガラス枠層にまたがって形成した
ガラスフリットの焼成物からなるガラス層を具備する太
陽電池。2. A metal substrate having a glass ceramic layer formed on the surface thereof, a photovoltaic layer provided on the glass ceramic layer,
A pair of conductive electrodes formed in contact with at least a portion of the photovoltaic layer, a glass frame layer made of a fired product of a glass frit provided on the glass ceramic layer in the outer peripheral portion of the photovoltaic layer, And a solar cell comprising a glass layer formed of a fired product of a glass frit which covers the photovoltaic layer and extends from the photovoltaic layer to the glass frame layer.
のそれとほぼ同じである請求項1記載の太陽電池。3. The solar cell according to claim 1, wherein the glass layer has a coefficient of thermal expansion substantially the same as that of the photovoltaic layer.
起電層のそれと前記ガラスセラミック層のそれとの間の
値である請求項2記載の太陽電池。4. The solar cell according to claim 2, wherein the coefficient of thermal expansion of the glass frame layer is a value between that of the photovoltaic layer and that of the glass ceramic layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5146910A JPH06334205A (en) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | Solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5146910A JPH06334205A (en) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | Solar cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06334205A true JPH06334205A (en) | 1994-12-02 |
Family
ID=15418336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5146910A Pending JPH06334205A (en) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | Solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06334205A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2374139A (en) * | 2001-02-01 | 2002-10-09 | Kuldip Singh Virk | Solar energy system suitable for use on a pitched roof |
US7253355B2 (en) | 2001-12-20 | 2007-08-07 | Rwe Schott Solar Gmbh | Method for constructing a layer structure on a substrate |
-
1993
- 1993-05-25 JP JP5146910A patent/JPH06334205A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2374139A (en) * | 2001-02-01 | 2002-10-09 | Kuldip Singh Virk | Solar energy system suitable for use on a pitched roof |
GB2374139B (en) * | 2001-02-01 | 2004-08-25 | Kuldip Singh Virk | Solar energy systems |
US7253355B2 (en) | 2001-12-20 | 2007-08-07 | Rwe Schott Solar Gmbh | Method for constructing a layer structure on a substrate |
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