JP4578510B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面保護層を備える太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

一般的に、太陽電池は、受光により光生成キャリアを生成する光電変換部と、光電変換部上に形成された細線電極及びバスバー電極とを備える。細線電極は、光電変換部から光生成キャリアを集電する。バスバー電極は、細線電極から光生成キャリアを集電する。バスバー電極上には、太陽電池どうしを互いに接続するための配線材が配設される。

ここで、太陽電池の機械的な保護或いは耐湿性の向上を目的として、太陽電池の表面に表面保護層を形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような表面保護層は、スプレー法やスクリーン印刷法を用いて、合成樹脂を太陽電池の表面に塗布することにより形成される。
特開２００７−１４１９６７号公報

しかしながら、スプレー法を用いて表面保護層を形成する場合、配線材が配設されるバスバー電極上にマスキングを施す必要があるため簡便ではない。

また、スクリーン印刷法を用いて表面保護層を形成する場合、塗布後の滲みを防止するために高粘度の合成樹脂を用いる必要がある。そのため、スクリーン印刷法では、合成樹脂材料の選択自由度が低い。

そこで、ブランケットを利用した印刷法、例えば、オフセット印刷法を用いて表面保護層を形成することが考えられる。このような印刷法によれば、予めパターン化された合成樹脂を太陽電池の表面に転写できるため、マスキングを施す必要はなく、また、合成樹脂材料の選択自由度も高い。

しかしながら、ブランケットを利用した印刷法を用いて表面保護層を形成すると、細線電極の周囲に表面保護層を形成できない場合があった。このように、表面保護層が一様に形成されないことに起因して、表面保護層の機能が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ブランケットを用いた印刷法により表面保護層を形成することにより、耐湿性を向上させた太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の特徴に係る太陽電池の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部の主面上に形成され前記光電変換部からキャリアを集電する複数本の細線電極と、前記光電変換部の主面上に形成され前記細線電極からキャリアを集電するバスバー電極とを有する太陽電池基板と、前記太陽電池基板の主面上に形成された表面保護層とを備える太陽電池の製造方法であって、
前記光電変換部の主面上に、前記複数本の細線電極を所定の方向に沿って延びるように形成するとともに、前記バスバー電極を前記細線電極と交差するように形成することにより前記太陽電池基板を形成する工程Ａと、円柱状のブランケットの柱面に樹脂材料を貼付する工程Ｂと、前記樹脂材料を前記太陽電池基板の主面上に転写することにより前記表面保護層を形成する工程Ｃとを備え、前記工程Ｃでは、前記太陽電池基板の主面上において、前記ブランケットを前記所定の方向に沿って回動させることにより、前記ブランケットを前記複数本の細線電極を順次乗り越えさせることなく前記太陽電池基板の主面上に前記表面保護層を形成することを要旨とする。

このように、ブランケットは太陽電池基板の主面上を所定の方向に沿って転がるため、ブランケットは複数本の細線電極を順次乗り越える必要がない。そのため、細線電極の周辺とブランケットとの間に間隙が生じることを抑制することができる。その結果、太陽電池基板の主面上に表面保護層を一様に形成することができる。

以上のように、表面保護層を一様に形成することができるため、太陽電池の耐湿性を向上させ、また、太陽電池基板の損傷を抑制することができる。

本発明の上記特徴において、前記太陽電池基板は、前記細線電極から前記光生成キャリアを集電するバスバー電極をさらに有しており、前記工程Ａでは、前記光電変換部の主面上に、前記バスバー電極を前記細線電極と交差するように形成し、前記工程Ｂでは、前記樹脂材料が前記バスバー電極から離間するように、前記樹脂材料を転写することが好ましい。

本発明によれば、ブランケットを用いた印刷法により表面保護層を形成することにより、耐湿性を向上させた太陽電池の製造方法を提供するができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

〈太陽電池の構成〉
太陽電池１の概略構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る太陽電池１の斜視図である。図２は、本実施形態に係る太陽電池１の平面図である。

太陽電池１は、図１に示すように、太陽電池基板１０と表面保護層２０とを備える。

太陽電池基板１０は、光電変換部１２、細線電極１４及びバスバー電極１６を備える。また、太陽電池基板１０は、太陽光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。太陽電池基板１０の受光面及び裏面それぞれは、太陽電池基板１０の主面である。本実施形態において、表面保護層２０は、太陽電池基板１０の受光面上に形成される。

光電変換部１２は、受光により光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、太陽光が光電変換部１２に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。光電変換部１２は、太陽光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。光電変換部１２の受光面及び裏面それぞれは、光電変換部１２の主面である。

光電変換部１２は、内部にｎ型領域とｐ型領域とを有しており、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分で半導体接合が形成される。光電変換部１２は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ等の結晶系半導体材料、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体材料等の半導体材料などにより構成される半導体基板を用いて形成することができる。なお、光電変換部１２は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を介挿することによりヘテロ結合界面の特性を改善した構造、いわゆるＨＩＴ構造を有していてもよい。

細線電極１４は、光電変換部１２から光生成キャリアを集電する集電電極である。細線電極１４は、図１及び図２に示すように、光電変換部１２の受光面上において、第１方向に沿って複数本形成される。本実施形態に係る細線電極１４は、光電変換部１２の受光面上の略全域にわたってライン状に形成される。細線電極１４の形状及び本数は、太陽電池基板１０の受光面における受光面積の割合や光生成キャリアの集電効率などを考慮して設定される。細線電極１４は、例えば、バインダーとしての樹脂材料にフィラーとしての導電性粒子を加えた導電性樹脂ペーストを用いて形成することができるが、他の材料を用いてもよい。

なお、本実施形態に係る太陽電池基板１０は、光電変換部１２の裏面上において、細線電極１４と同様のパターンで形成された細線電極１５（図１及び図２において不図示、図４参照）を有する。

バスバー電極１６は、細線電極１４から光生成キャリアを集電する集電電極である。バスバー電極１６は、図１及び図２に示すように、光電変換部１２の受光面上において、第１方向に略直交する第２方向に沿って形成される。即ち、バスバー電極１６は、細線電極１４と交差するように形成される。本実施形態では、２本のバスバー電極１６が形成されているが、バスバー電極１６の本数は、光電変換部１２の大きさなどを考慮して適当な本数に設定される。バスバー電極１６は、細線電極１４と同様の材料を用いて形成することができる。

なお、本実施形態に係る太陽電池基板１０は、光電変換部１２の裏面上において、バスバー電極１６と同様のパターンで形成されたバスバー電極１７（図１及び図２において不図示、図４参照）を有する。

ここで、バスバー電極１６上には、太陽電池１どうしを電気的に接続する際に用いられる配線材が接続される。具体的には、一の太陽電池１が有する光電変換部１２の受光面上に形成されたバスバー電極と、一の太陽電池１に隣接する他の太陽電池１が有する光電変換部１２の裏面上に形成されたバスバー電極１７とに、配線材は接続される。配線材としては、薄板状或いは縒り線状に成形された銅等の低抵抗体を用いることができる。低抵抗体の表面には、軟導電体（例えば、共晶半田など）がメッキされていてもよい。

次に、太陽電池１が備える表面保護層２０について説明する。表面保護層２０は、太陽電池基板１０の受光面上に形成される。上述のように、バスバー電極１６上には配線材が接続されるため、表面保護層２０は、バスバー電極１６から離間するように形成される。従って、本実施形態に係る表面保護層２０は、図１及び図２に示すように、３つの積層体によって構成される。なお、表面保護層２０は、バスバー電極１６の第２方向外側において連結することにより一体的に形成されていてもよい。

表面保護層２０は、ＥＶＡ、ＰＶＡ、ＰＶＢ、シリコン、アクリル、エポキシ、ポリシラザン等の樹脂材料を用いて形成することができる。また、これらの樹脂材料には、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛等の添加物が添加されていてもよい。

表面保護層２０は、例えばオフセット印刷法により、上述の樹脂材料を太陽電池基板１０の受光面上に転写することにより形成することができる。

〈太陽電池の製造方法〉
次に、本実施形態に係る太陽電池１の製造方法について説明する。

まず、太陽電池基板１０を形成する工程（工程Ａ）について説明する。光電変換部１２を準備する。光電変換部１２としては、ｐｎ半導体接合を基本構造として有する半導体基板を用いる。

次に、スクリーン印刷法等の印刷法を用いて、光電変換部１２の受光面上に、集電電極（細線電極１４及びバスバー電極１６）を形成する。具体的には、まず、エポキシ系熱硬化型の銀ペーストを、光電変換部１２の受光面及び裏面上に所定のパターンで配設する。

ここで、本実施形態において、銀ペーストを配設する所定のパターンとは、図１及び図２に示すような櫛型形状である。従って、細線電極１４は、第１方向に沿って複数本形成される。バスバー電極１６は、第１方向に略直交する第２方向に沿って２本形成される。

次に、銀ペーストを加熱することにより溶剤を揮発させた後、さらに加熱して銀ペーストを本乾燥する。以上により、太陽電池基板１０が作製される。

次に、オフセット印刷装置を用いた表面保護層２０の形成工程について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、オフセット印刷装置を用いた表面保護層２０の形成方法を説明するための図である。図４は、図３に示したＦ１方向からの矢視図である。

まず、オフセット印刷装置の構成について説明する。オフセット印刷装置は、図３に示すように、円柱状の版胴３０、円柱状のブランケット３２及び樹脂槽３４を備える。

版胴３０は、図３に示すように、版胴３０の軸心を中心として矢印αの方向に回動する。版胴３０の柱面には、所定のパターンの凹部が形成される。具体的に、凹部の所定のパターンとは、図４に示すように、版胴３０の回転方向に従って順次配列される３つの矩形である。

版胴３０の下方には、樹脂材料２５を供給する樹脂槽３４が配設される。版胴３０の柱面に形成された凹部は、樹脂槽３４に蓄えられた樹脂材料２５中に浸される。樹脂材料２５は、版胴３０が回転することにより版胴３０の凹部に埋め込まれる。

ブランケット３２は、例えば、アルミニウムによって形成された軸心と、弾性部材によって形成された外周部とによって構成される。外周部には、シリコンゴムやアクリルニトリルブタジエンゴム等を用いることができる。

ブランケット３２は、図３に示すように、ブランケット３２の軸心を中心として矢印βの方向に回動する。即ち、ブランケット３２は、版胴３０の回動に合わせて版胴３０とは逆方向に回動する。弾力を有するブランケット３２の柱面は、版胴３０の柱面と接触する。これにより、版胴３０の凹部に埋め込まれた樹脂材料２５は、ブランケット３２の柱面に所定のパターンで貼付される。

具体的には、樹脂材料２５は、ブランケット３２の柱面上において、版胴３０の凹部に対応する所定のパターンで形成される。

次に、ブランケット３２の柱面に所定のパターンで形成された樹脂材料２５を、太陽電池基板１０の受光面上に転写する工程について説明する。

移動可能なベルト上に太陽電池基板１０を載置する。この際、太陽電池基板１０の移動方向を、太陽電池基板１０の受光面上においてフィンガー電極１４が延びる第１方向に合わせる。

次に、ブランケット３２を太陽電池基板１０の受光面上において、第１方向に沿って回動させる。即ち、太陽電池基板１０の受光面上において、ブランケット３２が回動する矢印βの方向と、フィンガー電極１４が延びる第１方向とを合致させる。これにより、ブランケット３２の柱面上に所定のパターンで形成された樹脂材料２５を、太陽電池基板１０の受光面上に、第１方向に従って順次転写する。所定のパターンで形成された樹脂材料２５は、バスバー電極１６上には貼付されない。

次に、太陽電池基板１０の受光面上に転写された樹脂材料２５を乾燥することにより、表面保護層２０を形成する。以上により、太陽電池１が作製される。

〈作用及び効果〉
ブランケットを利用した印刷法を用いて表面保護層を形成すると、太陽電池基板表面のうち細線電極の周囲に表面保護層が形成されない場合があった。本発明者らは、このような問題が、太陽電池基板の表面上において細線電極が延びる方向と、ブランケットが回動する方向とが異なるために発生するという知見を得た。

具体的には、ブランケットが太陽電池基板の表面上を第２方向に沿って転がる場合、ブランケットは複数本の細線電極を順次乗り越える必要がある。この場合、ブランケットの外周部は弾性を有するため、ブランケットが細線電極を乗り越えるたびに、ブランケットの外周面は内側にくぼむ。そのため、太陽電池基板表面のうち細線電極の周辺とブランケットとの間には間隙が生じやすい。このような間隙が生じる結果、太陽電池基板表面のうち細線電極の周辺に表面保護層が形成されない場合があった。

本実施形態に係る太陽電池の製造方法では、ブランケット３２に貼付された樹脂材料２５を太陽電池基板１０の受光面上に転写する工程において、太陽電池基板１０の受光面上において、細線電極１４が延びる第１方向に沿ってブランケット３２を回動させる。

従って、ブランケット３２は太陽電池基板１０の受光面上を第１方向に沿って転がるため、ブランケット３２は複数本の細線電極１４を順次乗り越える必要がない。そのため、太陽電池基板１０の受光面のうち細線電極１４の周辺とブランケット３２との間に間隙が生じることを抑制することができる。その結果、太陽電池基板１０の受光面上に表面保護層２０を一様に形成することができる。

以上のように、表面保護層２０を一様に形成することができるため、太陽電池１の耐湿性を向上させ、また、太陽電池基板１０の損傷を抑制することができる。

また、本実施形態に係る太陽電池の製造方法では、太陽電池基板１０の受光面のうち配線材を接続するための接続領域から離間するように樹脂材料を転写する。

このように、接続領域上には樹脂材料が転写されないため、配線材と接続領域との電気的及び機械的接合を十分に図ることができる。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。

（実施例）
以下のようにして、実施例に係る太陽電池を作製した。

第１方向に沿って複数本形成された細線電極と、第１方向に略直交する第２方向に沿って形成されたバスバー電極とを受光面上に形成した太陽電池基板を準備した。

次に、オフセット印刷法を用いて、アクリル樹脂を、第１方向に従って太陽電池基板の受光面上に転写した。これにより、太陽電池基板の受光面上に表面保護層を形成した。

図５は、実施例に係る太陽電池の受光面の拡大写真である。同図に示すように、アクリル樹脂は斑なく一様に転写された。

（比較例）
以下のようにして、比較例に係る太陽電池を作製した。

上記実施例と同様の太陽電池基板を準備した。

次に、オフセット印刷法を用いて、アクリル樹脂を、第２方向に従って太陽電池基板の受光面上に転写した。

図６は、比較例に係る太陽電池の受光面の拡大写真である。同図に示すように、アクリル樹脂は一様には転写されず、細線電極の周辺において斑が生じた。

（耐湿試験）
上記実施例及び比較例について耐湿試験を行った。図７は、実施例及び比較例を温度８５℃、湿度８５％の環境に１０００時間さらした場合における、太陽電池の出力値の経時変化を示す図である。なお、同図では、実施例及び比較例に係る太陽電池の出力値を、耐湿試験前におけるそれぞれの出力値を１．００として規格化して表している。

図７に示すように、実施例は、比較例に比べて出力値の変化が小さかった。これは、実施例では、受光面上にアクリル樹脂が斑なく一様に転写され太陽電池の耐湿性が向上したのに対して、比較例では、アクリル樹脂が一様に転写されず太陽電池の耐湿性が低下したためである。

このように、細線電極が延びる方向と表面保護層を形成する方向とを合致させることにより、太陽電池の耐湿性を向上させられることが確認された。

〈その他の実施形態〉
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施形態では、太陽電池基板がバスバー電極を備えることとして説明したが、図８に示すように、太陽電池基板がバスバー電極を備えず、配線材を細線電極と直接接続することとしてもよい。このような場合においても、配線材が接続される接続領域から離間するように表面保護層の樹脂材料を転写する。

また、上記実施形態では、太陽電池基板の受光面上のみに表面保護層を形成することとして説明したが、太陽電池基板の裏面上のみに表面保護層を形成してもよい。また、太陽電池基板の受光面上及び裏面上の双方に表面保護層を形成してもよい。なお、太陽電池基板の受光面上または裏面上のいずれか一方に表面保護層を形成する場合には、太陽電池基板内部においてｐｎ半導体接合が形成される領域に近い方に表面保護層を形成することが好ましい。ｐｎ半導体接合が浸潤した水分によって劣化した場合、太陽電池の出力は低下し易いためである。

また、上記実施形態では、オフセット印刷法による表面保護層の形成方法について説明したが、例えば、ロールコーター法などにより表面保護層を形成してもよい。本発明は、ブランケットを利用した印刷法において効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、光電変換部の裏面上に集電電極（細線電極及びバスバー電極）を櫛型状に形成することとして説明したが、光電変換部の裏面全面を覆うように集電電極を形成していてもよい。本発明は、光電変換部の裏面上に形成される集電電極の形状を限定するものではない。

また、上記実施形態では、光電変換部の受光面上において、細線電極を第１方向に沿ったライン状に形成することとして説明したが、細線電極の形状はライン状でなくともよい。従って、細線電極を第１方向に沿った波線状などに形成しても、本発明の効果を得ることができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る太陽電池１の斜視図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池１の受光面側の平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池１の製造方法を説明するための図である（その１）。 図３に示したＦ１方向からの矢視図である。 実施例に係る太陽電池の受光面の拡大写真である。 比較例に係る太陽電池の受光面の拡大写真である。 実施例と比較例との耐湿試験結果を示す図である。 その他の実施形態に係る太陽電池の受光面側の平面図である。

符号の説明

１…太陽電池
１０…太陽電池基板
１２…光電変換部
１２…太陽電池基板
１４…細線電極
１５…細線電極
１６…バスバー電極
２０…表面保護層
３０…版胴
３２…ブランケット
３４…樹脂槽

Claims (2)

1. 光電変換部と、前記光電変換部の主面上に形成され前記光電変換部からキャリアを集電する複数本の細線電極と、前記光電変換部の主面上に形成され前記細線電極からキャリアを集電するバスバー電極とを有する太陽電池基板と、前記太陽電池基板の主面上に形成された表面保護層とを備える太陽電池の製造方法であって、
   前記光電変換部の主面上に、前記複数本の細線電極を所定の方向に沿って延びるように形成するとともに、前記バスバー電極を前記細線電極と交差するように形成することにより前記太陽電池基板を形成する工程Ａと、
   円柱状のブランケットの柱面に樹脂材料を貼付する工程Ｂと、
   前記樹脂材料を前記太陽電池基板の主面上に転写することにより前記表面保護層を形成する工程Ｃとを備え、
   前記工程Ｃでは、
   前記太陽電池基板の主面上において、前記ブランケットを前記所定の方向に沿って回動させることにより、前記ブランケットを前記複数本の細線電極を順次乗り越えさせることなく前記太陽電池基板の主面上に前記表面保護層を形成する
   ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記工程Ｂでは、
   前記樹脂材料が前記バスバー電極から離間するように、前記樹脂材料を転写する
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。