JP2014222688A - Method for evaluating output characteristics of photoelectric conversion module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層を有する光電変換モジュールの出力特性の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating output characteristics of a photoelectric conversion module having a chalcopyrite type, kesterite type, or stannite type light absorption layer.
近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽光発電が注目を集めている。 In recent years, with the seriousness of energy problems and environmental problems, photovoltaic power generation that directly converts light energy into electric energy has attracted attention.
太陽光発電に使用される光電変換モジュールには、CIGS等のカルコパイライト型の化合物半導体から成る光吸収層を有するものや、CZTS等のケステライト型またはスタナイト型の光吸収層を有するものがある。 Some photoelectric conversion modules used for photovoltaic power generation have a light absorption layer made of a chalcopyrite type compound semiconductor such as CIGS, and others have a kesterite type or a stannite type light absorption layer such as CZTS.
このカルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層を有する光電変換モジュールにおいては、暗状態で保管すると、光電変換効率が一時的に低下することが知られている。このため上記の光吸収層を有する光電変換モジュールの出力特性を実用的なものに評価する為に、ソーラーシミュレーターにより擬似太陽光を、評価前の光電変換モジュールに予め照射しておいて、その後光電変換モジュールの出力特性を評価することが提案されている(特許文献1、特許文献2参照)。
In the photoelectric conversion module having the chalcopyrite type, kesterite type or stannite type light absorption layer, it is known that the photoelectric conversion efficiency is temporarily lowered when stored in a dark state. For this reason, in order to evaluate the output characteristics of the photoelectric conversion module having the light absorption layer to a practical one, the solar conversion module before irradiation is preliminarily irradiated with the solar simulator by a solar simulator, and then the photoelectric conversion module It has been proposed to evaluate the output characteristics of the conversion module (see
上述の様に評価前の光電変換モジュールに予め、擬似太陽光を照射しておく方法で光電変換モジュールの出力特性を正確に評価するためには、擬似太陽光の長い照射時間が必要になるため、その製造工程においては多くのソーラーシミュレーターが必要になり、作業効率の低下やコストアップに繋がることがあった。 As described above, in order to accurately evaluate the output characteristics of the photoelectric conversion module using the method in which the photoelectric conversion module before evaluation is irradiated in advance with the simulated sunlight, a long irradiation time of the simulated sunlight is required. In the manufacturing process, many solar simulators are required, which may lead to a decrease in work efficiency and an increase in cost.
本発明の一つの目的は、簡便な方法で、短時間で実用的なカルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層を有する光電変換モジュールの出力特性評価方法を提供することにある。 One object of the present invention is to provide a method for evaluating output characteristics of a photoelectric conversion module having a light-absorbing layer of a practical chalcopyrite type, kesterite type, or stannite type in a simple method in a short time.
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールの特性評価方法では、カルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層を有する光電変換モジュールの特性評価方法であって、前記光吸収層を常温よりも高い温度にしながら前記光吸収層に光を照射する光照射工程と、前記光電変換モジュールの特性を評価する評価工程とを具備することを特徴とする。 The photoelectric conversion module characteristic evaluation method according to an embodiment of the present invention is a photoelectric conversion module characteristic evaluation method having a chalcopyrite type, kesterite type, or stannite type light absorption layer, wherein the light absorption layer is moved from room temperature. A light irradiation step of irradiating light to the light absorption layer while maintaining a high temperature, and an evaluation step of evaluating characteristics of the photoelectric conversion module.
カルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層を有する光電変換モジュールの特性を評価する評価工程前に、該光吸収層を常温よりも高い温度にしながら光吸収層に光を照射する光照射工程を設けたことにより、光照射の効果を促進することができ、短時間で実用的なカルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸
収層を有する光電変換モジュールの出力特性評価が可能となる。
Light irradiation for irradiating the light absorption layer with the light absorption layer at a temperature higher than normal temperature before the evaluation process for evaluating the characteristics of the photoelectric conversion module having the chalcopyrite type, kesterite type or stannite type light absorption layer By providing the process, the effect of light irradiation can be promoted, and it becomes possible to evaluate the output characteristics of a photoelectric conversion module having a practical chalcopyrite type, kesterite type, or stannite type light absorption layer in a short time. .
本発明の光電変換モジュ−ルの実施形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。 An example of an embodiment of the photoelectric conversion module of the present invention will be described with reference to the drawings.
<光電変換部>
まず、光電変換モジュ−ルの一部である光電変換部について説明する。なお、各図には、後述する光電変換セルの配列方向をX軸とする右手系のXYZ座標が付している場合がある。
<Photoelectric conversion unit>
First, a photoelectric conversion unit that is a part of the photoelectric conversion module will be described. Each figure may have a right-handed XYZ coordinate with the X-axis being the alignment direction of photoelectric conversion cells described later.
光電変換部1は、基板2の一主面(上面2a)上に設けられている。そして、この光電変換部1は、下部電極3と、光吸収層4およびバッファ層5を備えた光電変換層と、透光性導電層6および集電電極7を備えた上部電極とを有する。この光電変換部1では、下部電極3および上部電極で挟まれた光吸収層4およびバッファ層5によって光電変換が行なわれる。
The
この光電変換部1は、図1(a)、(b)に示すように、複数の光電変換セル1a、1bが電気的に接続されるような態様を成している。具体的には、一方の光電変換セル1aの上部電極(集電電極7)と、一方の光電変換セル1aに隣り合う他方の光電変換セル1bの下部電極3とが電気的に接続されている。これにより、隣接する光電変換セル1a、1bは、図1中のX方向に沿って直列接続され、基板2上で集積化されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
また、光電変換部1には、この光電変換部1で得られた電気出力を外部に導出するための出力電極8(出力電極8A、8B)がそれぞれ設けられている。
In addition, the
次に、光電変換部1の各部材について説明する。
Next, each member of the
下部電極3は、一方向(図1(a)のX方向)に互いに間隔をあけて基板2の一主面上に複数配置されている。本実施形態では、図1(b)に示すように、上記間隔に対応する分離溝P1によって互いに離間した3つの下部電極3が設けられている。なお、下部電極3の個数については、図1(a)、(b)に示したものに限られない。
A plurality of
このような下部電極3は、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)または金(Au)等の金属またはこれらの合金を含む薄膜であればよい。また、これらの金属が積層されてなる構造体であってもよい。この下部電極3は、例えば、基板2上にスパッタリング法または蒸着法等を利用して、厚さ0.2〜1μm程度に形成すればよい。
Such a
光吸収層4は、下部電極3上に配置されている。本実施形態に係る光吸収層4は、カルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層である。このような光吸収層4としては、例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素である硫黄(S)、セレン(Se)またはテルル(Te)を含むものであり、例えば、I−III−VI化合物半導体またはI−II−IV−VI化合物半導体がある
。
The
I−III−VI化合物半導体とは、I−B族元素(11族元素ともいう)、III−B族元素
(13族元素ともいう)およびVI−B族元素(16族元素ともいう)の化合物半導体である。そして、このようなI−III−VI化合物半導体は、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体とも呼ばれる(CIS系化合物半導体ともいう)。I−III−VI化合物半導体としては、例えば、二セレン化銅インジウム(CuInSe2)、二セレン化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)Se2)、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)(Se,S)2)、二イオウ化銅インジウム・ガリウム(Cu(In,Ga)S2)または薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜がある。
An I-III-VI compound semiconductor is a compound of a group IB element (also referred to as a
また、I−II−IV−VI化合物半導体とは、I−B族元素、II−B族元素(12族元素ともいう)、IV−B族元素(14族元素ともいう)およびVI−B族元素の化合物半導体である。そして、このようなI−II−IV−VI化合物半導体は、ケステライト型構造またはスタ
ナイト型構造を有している。I−II−IV−VI化合物半導体としては、例えば、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)および硫黄(S)を含む、CZTS系のものがある。このようなCZTS系化合物半導体としては、例えば、Cu2ZnSnS4が挙げられる。CZTS系化合物半導体は、I−III−VI化合物半導体のようにレアメタルを使用していないため、材料を確保しやすい。
In addition, the I-II-IV-VI compound semiconductors are IB group elements, II-B group elements (also referred to as
また、光吸収層4は、例えば、p型の導電型を有し、厚さが1〜3μm程度である。光吸収層4は、例えばスパッタリング法、蒸着法等といった真空プロセスによって形成される。また、光吸収層4は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成される。塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層4に主として含まれる元素の錯体溶液が下部電極3の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。
The
バッファ層5は、光吸収層4の+Z側の主面の上に設けられており、光吸収層4の第1導電型とは異なる第2導電型(ここではn型の導電型)を有する半導体を主に含む。なお、導電型が異なる半導体とは、伝導担体(キャリア)が異なる半導体である。また、光吸収層4の導電型がn型であり、バッファ層5の導電型がp型であってもよい。ここでは、バッファ層5と光吸収層4との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、各光電変換セルでは、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層4とバッファ層5とにおいて光電変換が生じ得る。
The
バッファ層5は、化合物半導体を主に含む。バッファ層5に含まれる化合物半導体としては、例えば硫化カドミウム(CdS)、硫化インジウム(In2S3)、硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)、セレン化インジウム(In2Se3)、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)および(Zn,Mg)O等が挙げられる。また、バッファ層5が1Ω・cm以上の抵抗率を有していれば、リ−ク電流の発生が低減され得る。なお、バッファ層5は、例えば、ケミカルバスデポジション(CBD)法等によって形成され得る。
The
また、バッファ層5は、光吸収層4の一主面の法線方向(+Z方向)に厚さを有する。この厚さは、例えば、10〜200nmに設定される。バッファ層5の厚さが100〜200nmであれば、バッファ層5の上に透光性導電層6がスパッタリング法等で形成される際に、バッファ層5においてダメージが生じ難くなる。
The
透光性導電層6は、バッファ層5の+Z側の主面の上に設けられており、例えば、n型の導電型を有する透明の導電層(透明導電層とも言う)である。この透光性導電層6は、光吸収層4において生じた電荷を取り出す電極(取出電極とも言う)として働く。透光性導電層6は、バッファ層5よりも低い抵抗率を有する材料を主に含む。透光性導電層6には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれてもよいし、窓層と透明導電層とが含まれてもよい。
The translucent
透光性導電層6は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば酸化亜鉛(ZnO)、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム(ITO)および酸化錫(SnO2)等の金属酸化物半導体等が挙げられる。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウムおよびフッ素のうちの何れか1つの元素等が含まれたものである。
The translucent
透光性導電層6は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長(CVD)法等によって形成され得る。透光性導電層6の厚さは、例えば、0.05〜3.0μmである。ここで、透光性導電層6が、1Ω・cm未満の抵抗率と、50Ω/□以下のシート抵抗とを有していれば、透光性導電層6を介して光吸収層4から電荷が良好に取り出され得る。
The translucent
集電電極7は、透光性導電層6の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられている線状部7aと、接続部7bを有している。そして、例えば、光電変換セル1aの透光性導電層6によって集められた電荷は、線状部7aによってさらに集められ、接続部7bを介して隣接する光電変換セル1bに伝達され得る。
The
この線状部7aが設けられることで、透光性導電層6における導電性が補われるため、透光性導電層6の薄層化が可能となる。これにより、電荷の取り出し効率の確保と、透光性導電層6における光透過性の向上とが両立し得る。なお、線状部7aが、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換部1における変換効率が向上し得る。なお、線状部7aに含まれる金属としては、例えば銅、アルミニウムおよびニッケル等が挙げられる。
By providing the
また、線状部7aの幅は、50〜400μmであれば、隣接する光電変換セル1aおよび光電変換セル1b間における良好な導電が確保されつつ、光吸収層4への光の入射量の低下が低減され得る。1つの光電変換セルに複数の線状部7aが設けられる場合、該複数の線状部7aの間隔は、例えば、2.5mm程度であればよい。
Moreover, if the width | variety of the
接続部7bは、光吸収層4およびバッファ層5を分離する分離溝P2内に配置されている。この接続部7bは、線状部7aと電気的に接続している。そして、例えば、光電変換セル1a内に位置する接続部7bは、分離溝P2を通って隣の光電変換セル1bから延伸されている下部電極3に接続するような垂下部を有している。これにより接続部7bは、図1(a)において、光電変換セル1aの上部電極(透光性導電層6および線状部7a)と、光電変換セル1bの下部電極3とを電気的に接続できる。なお、図1(a)、(b)では、透光性導電層6に電気的に接続された光電変換セル1aの線状部7aと光電変換セル1bの下部電極3とを直に接続しているが、この形態に限られない。接続部7bは、例えば、分離溝P2に配置されるバッファ層5および透光性導電層6の少なくとも一方を介して光電変換セル1aの上部電極と光電変換セル1bの下部電極3とを電気的に接続する
形態であってもよい。
The connecting
接続部7bは、線状部7aと同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続部7bは、線状部7aの形成と同時に行なってもよい。また、接続部7bは、線状部7aの一部であってもよい。
The connecting
出力電極8A、8Bは、各光電変換セルで光から変換された電流を外部に出力するものである。出力電極8Aおよび出力電極8Bは、一方が正極であり、他方が負極である。本実施形態では、光電変換部1の一端側に出力電極8A、他端側に出力電極8Bがそれぞれ設けられている。すなわち、出力電極8Aおよび出力電極8Bは、光電変換部1と電気的に接続されているといえる。具体的に、本実施形態において、出力電極8Aは、光電変換セル1aの一端側(−X方向)に位置する下部電極3の一部が延在された部位に相当する。一方で、出力電極8Bは、光電変換セル1bの他端側(+X方向)に位置する下部電極3の一部が延在された部位に相当する。なお、本実施形態において、出力電極8Aおよび出力電極8Bは、下部電極3の一部を延在させて形成しているが、これに限られない。出力電極8Aおよび出力電極8Bは、例えば、光電変換セルの上部電極の一部を延在させて形成してもよい。また、光電変換セルが3個以上配列されるような場合は、光電変換部1の一端に位置する光電変換セルに出力電極8Aが設けられ、光電変換部1の他端に位置する光電変換セルに出力電極8Bが設けられる。
The
次に、光電変換部1の製造方法の一例について説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the
まず、基板2の外周部から内側に3〜20mm程度を除く略全面にモリブデン等の金属をスパッタリング法で成膜し、下部電極3を形成する。次いで、下部電極3の所望の位置にYAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)レーザ等を照射して分割溝P1を形成し、下部電極3をパターニングする。次に、パターニングされた下部電極3上に光吸収層4をスパッタリング法、蒸着法または印刷法等を用いて成膜する。次いで、光吸収層4上にバッファ層5をケミカルバスデポジション法(CBD法)等で成膜する。
First, a metal such as molybdenum is formed on the substantially entire surface excluding about 3 to 20 mm inward from the outer peripheral portion of the
次に、スパッタリング法または有機金属気相成長法(MOCVD法)等でバッファ層5上に透光性導電層6を成膜する。次いで、メカニカルスクライビング等で分割溝P2を形成して、光吸収層4、バッファ層5および透光性導電層6をパターニングする。次に、透光性導電層6上にスクリーン印刷法等で金属ペーストを塗布した後、焼成して集電電極7を形成する。次いで、メカニカルスクライビング等でY方向に沿って分割溝P3を形成してパターニングを行なうことにより、X方向に配列する複数の光電変換セルを形成することによって、光電変換部1が形成される。
Next, the translucent
次に、X方向における両端に位置する光電変換セル(本実施形態では光電変換セル1aおよび光電変換セル1b)について、例えばブレードおよびホイールブラシ等などを用いて光吸収層4、バッファ層5、透光性導電層6および集電電極7等を2〜7mm程度の幅で削り取り、下部電極3の一部を延在させる。これにより、光電変換セル1aの一端部に出力電極8Aを形成し、光電変換セル1bの他端部に出力電極8Bが形成される。
Next, for the photoelectric conversion cells (
<光電変換モジュール>
光電変換モジュールMは、図2、図3および図4に示すように、光電変換部1、基板2、被覆部材9、保護部材10および配線導体11を備える光電変換パネルPと、端子ボックス12とを備えている。
<Photoelectric conversion module>
As shown in FIGS. 2, 3 and 4, the photoelectric conversion module M includes a photoelectric conversion panel P including a
基板2は、光電変換部1を支持する機能を有している。また、基板2の材質としては、例えば厚さ1〜3mm程度の青板ガラス(ソーダライムガラス)または硼珪酸ガラス等が
挙げられる。また、基板2の形状は、正方形状または長方形状の平板であればよい。
The
基板2の一主面を上面2aとして光電変換部1が形成され、上面2aと対向する他主面が下面2bとなり、下面2bが光電変換パネルPの非受光面となる。
The
被覆部材9は、図4に示すように、基板2の上面2aおよび保護部材10の対向する一主面間に充填されている。この被覆部材9は、光電変換部1を保護するとともに、基板2および保護部材10を接着する機能を有している。また、被覆部材9は、光電変換部1を覆うように配置されている。このような被覆部材9としては、例えば共重合したエチレンビニルアセテート(EVA)を主成分とする樹脂が挙げられる。なお、EVAには、樹脂の架橋を促進すべく、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤が含まれていてもよい。
As shown in FIG. 4, the covering
保護部材10は、被覆部材9と接触するように設けられており、光電変換部1等を外部から保護する機能を有している。この保護部材10の大きさおよび形状は、基板2とほぼ同等のものである。保護部材10は、光透過率と必要な強度の点から、例えば、風冷強化した白板ガラス等を用いることができる。そして、本実施形態において、保護部材10の+Z方向側の表面が光電変換パネルPの受光面となる。
The
配線導体11は、出力電極8と電気的に接続されており、光電変換部1の電気出力を出力電極8を介して外部に導く機能を有している。本実施形態において、配線導体11Aは、出力電極8Aと電気的に接続されている。一方で、配線導体11Bは、出力電極8Bと電気的に接続されている。
The
配線導体11は、例えば厚み0.3〜2mm程度の銅、銀もしくはアルミニウム、またはこれら金属を含む合金や積層体などの金属箔で作製され、その幅は例えば出力電極8A、8Bの幅の50%〜90%程度にすればよい。
The
配線導体11は、ハンダを介して出力電極8に接続されている。このハンダは、亜鉛(Zn)およびアンチモン(Sb)の少なくとも一方を含んでいる。このようなハンダとしては、例えば錫(Sn)を80〜90重量%程度、亜鉛またはアンチモンを10〜20重量%程度含むものが挙げられる。また、ハンダの他の組成としては、例えば錫を80〜90重量%程度、亜鉛を1〜10重量%程度およびアンチモンを1〜10重量%含むものであってもよい。このハンダは、配線導体11が接着される出力電極8の表面に予め塗布しておいてもよい。また、配線導体11は、ハンダと接する表面に、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む被覆層をメッキまたはディッピング等の方法で形成しておいてもよい。また被覆層は、ハンダと接着する面以外の表面に被覆されていてもよい。
The
配線導体11Aおよび配線導体11Bは、図2または図4に示すように、基板2に設けられた貫通孔13を介して基板2の裏面側に引き出され、端子ボックス12内まで延びている。
As shown in FIG. 2 or FIG. 4, the
光電変換パネルPは、上述の光電変換部1を形成し配線導体11を接続した基板2上に被覆部材9、保護部材10を重畳した積層体を、ラミネート装置(ラミネーター)にセットし、減圧下にて加圧しながら例えば100〜180℃程度で15〜60分程度保持し、EVAを軟化・架橋させて積層体を一体化することにより作製される。
In the photoelectric conversion panel P, a laminated body in which the covering
端子ボックス12は、光電変換パネルPの非受光面側に接着剤等で接着されている。本実施形態において、端子ボックス12は基板2の下面2bに接着されている。端子ボックス12は、光電変換部1で得られた出力を外部に取り出すものである。端子ボックス12は、例えば箱体と、該箱体内に配置されるターミナル板と、箱体の外部へ電力を導出する
出力ケーブルとを有している。箱体の材料としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(変性PPE樹脂)またはポリフェニレンオキサイド樹脂(PPO樹脂)等が挙げられる。
The
貫通孔13は、基板2の上下面にわたるように設けられている。すなわち、貫通孔13は、基板2の上面2aから下面2bに向かって形成されている。貫通孔13は、光電変換部1を基板2上に形成する前に予め設けてもよいし、光電変換部1を形成した後に設けてもよい。なお、基板2が青板ガラスである場合、貫通孔13は、ドリル等を用いた機械加工法およびYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザなどによるレーザ加工法等で形成できる。
The through
<光電変換モジュールの特性評価方法>
このようにして作製された光電変換モジュールMは、通常その電気的出力を測定する為に、特性評価が行われる。
<Method for evaluating characteristics of photoelectric conversion module>
The photoelectric conversion module M manufactured in this way is usually subjected to characteristic evaluation in order to measure its electrical output.
本実施形態に係る光電変換モジュールMの特性評価方法は、光照射工程と評価工程とを具備することを特徴とする。 The characteristic evaluation method of the photoelectric conversion module M according to the present embodiment includes a light irradiation process and an evaluation process.
図5は、本実施形態に係る光照射工程の概略を示す断面図である。図5に示すように、光電変換モジュールMは、載置台15上に、受光面側を上にして載置される。また、載置台15の直上には、光照射ランプ17が設けてあり、さらに、載置台15の上部15aの内部には、ヒーター16が設けてあり、光電変換モジュールMを昇温できるようになっている。載置台15の上部15aは、光電変換モジュールMより縦横とも10〜30cm程度大きく、また熱伝導が良く、光電変換モジュールMと当接している面の光反射が良いようにステンレスやアルミニウムなどの金属で作製されることが望ましい。ヒーター16は、例えばシーズヒーターなどで、温度制御装置(不図示)により、光電変換モジュールMを任意の温度まで昇温して、その温度で維持できる様になっている。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the light irradiation process according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the photoelectric conversion module M is mounted on the mounting table 15 with the light receiving surface side facing up. Further, a
光照射工程では、光電変換モジュールMを加熱、昇温することによりその光吸収層4を通常の室温(常温)より高い温度に維持しながら、光照射ランプ17により光吸収層4に光を照射する。その後速やかに評価工程に進む。
In the light irradiation step, the
評価工程では、所定の温度(例えば25℃)まで光電変換モジュールMの温度を下げた後、ソーラーシミュレーターを用いて、所定の擬似太陽光(例えばAM1.5、照射強度100mW/cm2)を光電変換モジュールMの受光面側に照射しながら、光電変換モジュールMの電気的出力を測定する。この擬似太陽光の照射は、光電変換モジュールMの温度が上がらないように、照射時間が短時間であるパルス光型ソーラーシミュレーターであることが望ましい。 In the evaluation step, after the temperature of the photoelectric conversion module M is lowered to a predetermined temperature (for example, 25 ° C.), the predetermined simulated sunlight (for example, AM 1.5, irradiation intensity of 100 mW / cm 2 ) is photoelectrically converted using a solar simulator. While irradiating the light receiving surface side of the conversion module M, the electrical output of the photoelectric conversion module M is measured. The irradiation with the pseudo-sunlight is desirably a pulsed light solar simulator in which the irradiation time is short so that the temperature of the photoelectric conversion module M does not rise.
通常、光電変換モジュールMが作製されてから評価工程までは、暗状態または低照度の状態で保管されるため、光電変換モジュールMの光電変換効率が一時的に低下している。これは、カルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層4の欠陥および光吸収層4とバッファ層5の界面の欠陥に起因しているものと推測されている。これに対して、光電変換モジュールMの評価工程の前に、光照射工程で光照射ランプ17により光吸収層4に光を照射することで、光吸収層4に電子が発生し、この電子が光吸収層4とバッファ層5の界面の欠陥を埋めることで、光電変換モジュールMの光電変換効率を向上させ、実際の屋外に光電変換モジュールMを設置した状況に近似した光電変換効率となり、より実用的な特性評価が可能となる。さらに本実施形態においては、光吸収層4を常温よりも高い温度に維持しながら光吸収層4に光を照射することで、より短時間で光電変換効率を向上させることが可能となる。これは、光吸収層4の温度を上げることにより、
光吸収層4で発生した電子の移動速度が上がり、電子が光吸収層4や光吸収層4とバッファ層5の界面の欠陥を埋める効果が促進されるためと推測される。これにより、短時間で実用的なカルコパイライト型光吸収層を有する光電変換モジュールの出力特性評価が可能となる。
Usually, since the photoelectric conversion module M is manufactured and stored in a dark state or in a low illuminance state, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion module M is temporarily reduced. It is presumed that this is caused by a defect in the chalcopyrite type, kesterite type or stannite type
It is presumed that the moving speed of electrons generated in the
さらに本実施形態では、前記光照射工程において、光吸収層4の温度を40℃以上、195℃以下にすることが望ましい。これは、発明者らが繰り返し行った実験による結果で、40℃以上であれば、常温(25℃)に比較して光電変換効率を高めるために必要な光照射時間が1/2以下に短縮でき、より工程が簡略化できることに基づく。また、195℃以下であれば、被覆部材9として使用する上述のEVAの発泡が起こり難く、光電変換モジュールの信頼性がより向上することができることに基づく。この光吸収層4の温度を40℃以上、195℃以下にすることは、光電変換モジュールMの温度を昇温後、一定の温度になるまで維持することで可能である。
Furthermore, in the present embodiment, it is desirable that the temperature of the
また光照射工程において、光吸収層4に照射する光の強度の面内ばらつきを±20%以内にすることが望ましい。これによって、光吸収層4の全面においてさらに効率良く光電変換効率の向上が可能となる。これは、光電変換モジュールMに照射される光の強度の面内ばらつきが、±20%以内になるように、光照射ランプ17の本数や光照射ランプ17と光電変換モジュールMの距離を調整することで可能である。
In the light irradiation step, it is desirable that the in-plane variation in the intensity of the light applied to the
さらに光照射工程において使用する光照射ランプ17は、カルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型の光吸収層を有する光電変換モジュールMの有効波長域(例えば、CIGS光電変換モジュールおよびCZTS光電変換モジュールでは、300〜1200nm程度)の波長を含むランプであれば使用可能であるが、特にメタルハライドランプであることが望ましい。すなわちメタルハライドランプは、最大ピーク波長が約580nmであり、さらに300〜700nm程度の短波長域での照射強度が、キセノンランプなどの他のランプに比べ強い為、カルコパイライト型、ケステライト型またはスタナイト型光吸収層を有する光電変換モジュールMの分光感度と合致するために、効率よく、短時間で光電変換効率ことができる。
Further, the
さらに光照射工程において、光照射ランプ17としてメタルハライドランプを用いた場合、光電変換モジュールMの光受光面の照度が150000ルックス(LUX)以上であり、光照射時間が3分以上、20分以下であることが望ましい。すなわち発明者らが繰り返し行ったテストでは、このような条件とすることによって、より短時間で光電変換効率をほぼ最大付近まで高めることができ、より工程を簡略化できることがわかった。
Further, in the light irradiation step, when a metal halide lamp is used as the
<特性評価方法の他の実施形態>
図6は、本発明に係る他の実施形態を模式的に示す側面図である。本実施形態においては、光電変換モジュールMをコンベア21上に載せて連続的に処理するものを例として説明するが、これに限定されるものではなく、以下の各工程を個別に行ってもなんら問題ない。
<Other Embodiments of Characteristic Evaluation Method>
FIG. 6 is a side view schematically showing another embodiment according to the present invention. In the present embodiment, the case where the photoelectric conversion module M is continuously processed by placing it on the
本実施形態においては、光電変換効率を向上の前に光吸収層を昇温する昇温工程を具備することが望ましい。すなわち昇温工程では、光照射工程の前に、光照射工程で用いる載置台15Bとは別の載置台15Aにおいて、光電変換モジュールMの温度のみを常温よりも高い温度に昇温しておく。これにより、その後の光照射工程での光電変換モジュールMの昇温時間をより短縮することができ、作業効率をより向上させることができる。昇温工程では、光吸収層4の温度を40℃以上、195℃以下になるように光電変換モジュールM全体を昇温することが望ましい。その後コンベア21を1ピッチ進ませて載置台15Bに載置し、光照射工程を行う。
In the present embodiment, it is desirable to include a temperature raising step for raising the temperature of the light absorption layer before improving the photoelectric conversion efficiency. That is, in the temperature raising step, prior to the light irradiation step, only the temperature of the photoelectric conversion module M is raised to a temperature higher than the normal temperature on a mounting table 15A different from the mounting table 15B used in the light irradiation step. Thereby, the temperature rising time of the photoelectric conversion module M in the subsequent light irradiation step can be further shortened, and the working efficiency can be further improved. In the temperature raising step, it is desirable to raise the temperature of the entire photoelectric conversion module M so that the temperature of the
また本実施形態においては、光照射工程の後に光吸収層4を常温まで急冷する冷却工程を供えることが望ましい。すなわち光照射工程の終わった光電変換モジュールMは、コンベア21を1ピッチ進ませて、載置台15Cに載置する。冷却工程では、ファン18や圧縮空気を光電変換モジュールMに吹き付けるなどして、光電変換モジュールMの温度を評価工程にて定められた温度(通常25℃)近傍まで急冷する。載置台15Cも、その内部に冷却水を流した冷却パイプなどを具備しており、光電変換モジュールMの放熱が促進される構造となっている。これにより、前の光照射工程において昇温された光電変換モジュールの温度を、評価工程にて定められた温度まで下げる時間を短縮することができ、この間の効率低下を抑制することができ、より実用的な測定が可能となる。
Moreover, in this embodiment, it is desirable to provide the cooling process which cools the
この冷却工程は、光吸収層4の温度で、3℃/sec以上、8℃/sec以下の降温速度で行なうことが望ましい。すなわち3℃/sec以上では、冷却工程時における効率低下をより抑制し、さらに実用的な評価をすることができる。また、8℃/sec以下では、光電変換モジュールMの各部材の熱膨張係数の差異により、急激な温度変化に伴い、その内部に応力が発生するのをより抑制し、光電変換モジュールMに反りが発生するのをさらに低減することができる。
This cooling step is desirably performed at a temperature drop rate of 3 ° C./sec or more and 8 ° C./sec or less at the temperature of the
その後コンベア21を1ピッチ進ませて載置台15Dに載置し、評価工程を行う。評価工程では、ソーラーシミュレーター20からの擬似太陽光以外の光が光電変換モジュールMに入射しないように遮光壁19を設けることが望ましい。また載置台15Dでは、光電変換モジュールMが定められた温度で保持されるように、その内部にヒーターや冷却パイプを具備することが望ましい。
Thereafter, the
また本実施形態においては、光照射工程と特性評価工程の間に、メタルハライドランプ22を用いて、光電変換モジュールMの受光面に、照度が5000ルックス以上、8000ルックス以下の光を照射しておくことが望ましい。これにより、さらに実用的な評価を行なうことができる。すなわち、照度が5000ルックス以上であれば、光照射工程と特性評価工程の間の光電変換効率低下をさらに抑制することができる。また、照度が8000ルックス以下であれば、モジュールの温度の上昇をより低減できる。 尚、本実施形態において、各工程での処理時間に差異がある場合は、タクト時間が合うように、例えば光照射工程を2〜3に分割しても良い。
In the present embodiment, the light receiving surface of the photoelectric conversion module M is irradiated with light having an illuminance of 5000 lux or more and 8000 lux or less using the
<実施例>
(光電変換部の作製)
縦約50cm、横約80cm、厚さ約3mmの青板ガラス(SLG)から成る基板2を用意した。基板2には、予め直径約1.5cmの、上面から下面にわたる貫通孔13を、ドリルを用いた機械加工法で設けた。次に、基板2を洗浄した後、その一主面に下部電極3となるモリブデン(Mo)を、スパッタリング法で、厚さ約0.5μm成膜した。
<Example>
(Production of photoelectric conversion part)
A
次いで、この下部電極3にYAG(イットリウム、アルミニウム、ガーネット)レーザーを照射して、基板2表面が露出するように下部電極3の一部を除去して、幅50μm程度の分割溝P1を形成し、短冊状の下部電極3を形成した。この短冊状の電極層2の幅は、5mm程度である。
Next, the
次にこの分割溝P1を形成した下部電極3に、光吸収層4となるI−III−VI族化合物
を含む前駆体の膜を、塗布法を用いて成膜した。ここで原料溶液の作製は、セレンを含有した有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒(以下、混合溶媒Sともいう)をまず作製し、この混合溶媒Sに、I−B族金属として銅およびIII−B族金属としてガリウ
ム及びインジウムを用いて、その合計の濃度が6質量%以上となるように溶解し、原料溶
液を作製した。この原料溶液を、ダイコータを用いて下部電極3に塗布し、皮膜を形成し、その後この皮膜を300℃程度に加熱処理することによって前駆体を形成した。その後、この前駆体が形成された基板2を、セレン化水素(H2Se)ガスを含有した水素ガス雰囲気中で、550℃以下程度に加熱し、厚さ約2μmの光吸収層4を作製した。
Next, a precursor film containing an I-III-VI group compound to be the
次いで、光吸収層4上にバッファ層5を化学浴槽堆積(CBD)法によって形成した。具体的には、酢酸カドミウムとチオ尿素とをアンモニア水に溶解させて作製された溶液にこの基板2を浸漬することで、CdSを主に含むバッファ層5を、厚さ約100nmで形成した。
Next, the
次いでバッファ層5上に、スパッタリング法を用いて、ボロン(B)が添加された酸化亜鉛(ZnO)を厚さ約400nmで成膜し、透光性導電層6を形成した。
Next, a zinc oxide (ZnO) to which boron (B) was added was formed to a thickness of about 400 nm on the
次いで、透光性導電層6から下部電極3の表面にまで至る分離溝P2を、メカニカルスクライブ法を用いて、幅約200μm程度に形成した。
Next, a separation groove P2 extending from the translucent
次いで、透光性導電層6の上面から溝部P2の内部にかけて、集電電極7を形成した。この集電電極7の形成は、スクリーン印刷によって、導電性ペーストを塗布することにより形成した。この導電性ペーストは、銀を主成分とする良導電性金属フィラーがアクリル樹脂に混練されたものを用いた。
Subsequently, the
その後、集電電極7、透光性導電層6から下部電極3の表面にまで至る分離溝P3を、メカニカルスクライブ法を用いて、幅約100μm程度に形成した。
Thereafter, a separation groove P3 extending from the
最後に、光電変換部の両端に位置する光電変換セルの光吸収層4、バッファ層5、透光性導電層6および集電電極7等を、ブレードを用いて約5mm程度の幅で削り取り、下部電極3を露出させて、出力電極8A、8Bを形成した。
Finally, the
(光電変換モジュールの作製)
まず、上述したような光電変換部1を形成した基板2を用意した。次いで、光電変換部1の出力電極8A、8Bに配線導体11を取り付けた。配線導体11には、厚さ約0.3mm、幅約4mmのリボン状銅箔を用いて、錫を85重量%程度、亜鉛を15重量%程度含むハンダで出力電極8A、8Bにハンダ付けして接続した。
(Production of photoelectric conversion module)
First, a
次に、図2に示すように、光電変換部1の外周に配置された配線導体11を貫通孔13の方向に適宜折り曲げて、貫通孔13を介して、非受光面2b側に導出した。
Next, as shown in FIG. 2, the
次いで、被覆部材9として、厚さ約0.4mmのシート状のEVAを主成分とする樹脂を、基板2とほぼ同寸法に切断して、基板2の光電変換部1を形成した上面2a上に重畳した。さらに保護部材10として、基板2とほぼ同寸法の厚さ約3mmの風冷強化した白板ガラスを、被覆部材9上にさらに重畳した。
Next, on the
最後に、基板2、被覆部材9、保護部材10から成る積層体を、ラミネート装置にセットし、減圧下にて加圧しながら100〜150℃程度で30分程度保持し、光電変換パネルPを作製した。
Finally, the laminated body composed of the
最後に、光電変換パネルPの非受光面側に端子ボックス12をシリコンシーラントで接着し、その内部の所定の位置に配線導体11をハンダ付けして、光電変換モジュールMを作製した。
Finally, the
<特性評価結果>
上述のような光電変換モジュールMを12個作製し、光照射工程において、光照射ランプ17としてメタルハライドランプを用いて、光電変換モジュールMの光受光面の照度が100000ルックスに設定して光照射を行った。このとき、光電変換モジュールMの非受光面側の温度を25℃、50℃、75℃、95℃の4種類に変化させて、各々の温度の光電変換効率の光照射工程における光照射時間毎の変化を観た。光電変換モジュールMの特性評価は、光電変換モジュールMの温度は25℃で、ソーラーシミュレーターを用いて、AM1.5、照射強度100mW/cm2の擬似太陽光での電気的出力を測定した。これらを各温度毎に3個の光電変換モジュールについて行い、その平均値をもとめた。
<Results of characterization>
Twelve photoelectric conversion modules M as described above are manufactured, and in the light irradiation process, a metal halide lamp is used as the
その結果を図7に示す。尚、図7では、光電変換効率は初期の値を100としたときの指数として表してある。 The result is shown in FIG. In FIG. 7, the photoelectric conversion efficiency is expressed as an index when the initial value is 100.
これにより、評価工程前の光照射工程において、光電変換モジュールMの温度を、常温よりも高い温度にしながら光を照射することにより、短時間で光電変換モジュールMの光電変換効率を向上させることができ、短時間で実用的な光電変換モジュールの出力特性評価が可能なことを確認した。 Thereby, in the light irradiation process before an evaluation process, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion module M can be improved in a short time by irradiating light while making the temperature of the photoelectric conversion module M higher than normal temperature. It was confirmed that the output characteristics of a practical photoelectric conversion module could be evaluated in a short time.
M:光電変換モジュ−ル
P;光電変換パネル
1:光電変換部
1a、1b:光電変換セル
2:基板
2a:基板の上面
2b:基板の下面
3:下部電極
4:光吸収層
5:バッファ層
6:透光性導電層
7:集電電極
7a:線状部
7b:接続部
8、8A、8B:出力電極(電極)
9:被覆部材
10:保護基板
11、11A、11B:配線導体
12:端子ボックス
13:貫通孔
15、15A、15B、15C、15D:載置台
15a:載置台の上部
16:ヒーター
17:照射ランプ
18:ファン
19:遮光壁
20:ソーラーシミュレーター
21:コンベア
22:メタルハライドランプ
P1〜P3:分離溝
M: photoelectric conversion module P; photoelectric conversion panel 1:
9: Cover member 10:
Claims (10)
前記光電変換モジュールの特性を評価する評価工程と
を具備する光電変換モジュールの特性評価方法。 A method for evaluating the characteristics of a photoelectric conversion module having a chalcopyrite-type, kesterite-type, or stannite-type light-absorbing layer, wherein the light-absorbing layer is irradiated with light while keeping the light-absorbing layer at a temperature higher than room temperature. When,
A method for evaluating characteristics of a photoelectric conversion module, comprising: an evaluation step for evaluating characteristics of the photoelectric conversion module.
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