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JP4637244B2 - 薄膜太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜太陽電池モジュールに関する。
近年、ガスを原料としてプラズマCVD法により形成する薄膜光電変換装置が注目されている。このような薄膜光電変換装置の例として、シリコン系薄膜からなるシリコン系薄膜光電変換装置や、CIS(CuInSe2)化合物、CIGS(Cu(In,Ga)Se2)化合物からなる薄膜光電変換装置等が挙げられ、開発が推進され生産量の拡大が進められている。これらの光電変換装置の大きな特徴は、大面積の安価な基板上に、プラズマCVD装置又はスパッタ装置のような形成装置を用いて半導体層又は金属電極膜を積層させ、その後、レーザパターニング等により分離接続させることにより、高性能の光電変換装置を低コストで作製できる可能性を有している点である。
また、複数の太陽電池セルを直列接続して構成されるセルストリングを並列接続した図12のような薄膜太陽電池モジュール210が知られている(例えば、特許文献1を参照)。なお、図12は、従来の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。
特開2001−68713号公報
しかし、薄膜太陽電池モジュールの場合、光電変換層の厚さが比較的薄く太陽電池セル内でリーク電流が流れやすい。また、リーク電流により薄膜太陽電池モジュールの出力が低下するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リーク電流による薄膜太陽電池モジュールの出力の低下を小さくすることができる薄膜太陽電池モジュールを提供する。
本発明の薄膜太陽電池モジュールは、基板と、それぞれが一定の幅を有する3つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、該セルストリングの幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セルを備え、前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、前記太陽電池セルは、それぞれ表面電極、光電変換層及び裏面電極をこの順で重ねて備え、各セルストリングは、該セルストリングに含まれかつ隣接する前記太陽電池セルの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続しかつ該セルストリングの幅と同じ幅を有するコンタクトラインを備え、前記3つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、他の前記セルストリングより狭い幅を有することを特徴とする。
本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、薄膜太陽電池モジュールの端に近いセルストリングに含まれる太陽電池セルほどリーク電流が生じやすいことを見出した。この理由は、明らかではないが次のように考えられる。例えば、薄膜太陽電池モジュールの光電変換層をプラズマCVD装置やスパッタ装置で形成するとき、光電変換層を形成する原料は基板の端に近いほど供給されにくいため、光電変換層253は、図13(a)のように基板201の端に近くなるほどその厚さが薄くなる場合がある。なお、図13(a)、(b)は、リーク電流の原因を説明するための概略断面図である。このため、表面電極と裏面電極の間の長さの短い部分が生じリーク電流が生じると考えられる。また、次のようなことも考えられる。図13(b)のように光電変換層253を形成するとき、原材料の粉258が光電変換層253に入り込む場合がある。原材料の粉258が混入すると、光電変換層253が形成されない部分が生じ、この部分に裏面電極255の材料が形成されリーク電流が生じると考えられる。この原材料の粉258の混入は、基板201の端に近いほど起こりやすい。これは、原材料の粉258が成膜室の内壁などから混入すると考えられるためである。
例えば、図12のCの場所で大きなリーク電流が生じた場合、Cの場所を含むセルストリング202の出力が低下する(他のセルストリングの出力には大きな影響を及ぼさないことが多い)。図12の薄膜太陽電池モジュール210は、各セルストリング202が同じ幅を有しているため、リーク電流が生じたセルストリングの出力が低下し、薄膜太陽電池モジュール210の出力が大きく低下してしまう。
本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じやすい薄膜太陽電池モジュールの端に近いセルストリングの幅が他のセルストリングの幅より狭い。または、両端のセルストリングの幅は一定の範囲にある。このため、リーク電流が生じやすい端のセルストリングの受光面の面積は、他のセルストリングの受光面面積より狭くすることができる。セルストリングの出力は、その受光面の面積に比例するため、本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じやすい端のセルストリングの出力を他のセルストリングより小さくすることができる。従って、本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、薄膜太陽電池モジュールの端に近いセルストリングで大きなリーク電流が生じた場合でも、出力が他のセルストリングより小さい端のセルストリングの出力が低下するが、他の出力の大きいセルストリングでは出力の低下は生じないため、そのリーク電流の影響による薄膜太陽電池モジュールの出力の低下を小さくすることができる。
また、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、基板と、それぞれが一定の幅を有する3つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、該セルストリングの幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セルを備え、前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、前記太陽電池セルは、それぞれ表面電極、光電変換層及び裏面電極をこの順で重ねて備え、各セルストリングは、該セルストリングに含まれかつ隣接する前記太陽電池セルの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続しかつ該セルストリングの幅と同じ幅を有するコンタクトラインを備え、前記3つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、5mm以上255mm以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を100%としたとき0.36%以上18%以下の幅を有する。
本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じやすい部分でセルストリングを構成することができるので、リーク電流が生じにくい部分の出力の低下を防止することができる。このことにより、そのリーク電流の影響による薄膜太陽電池モジュールの出力の低下を小さくすることができる。
また、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、基板と、それぞれが一定の幅を有する3つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、該セルストリングの幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セルを備え、前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、前記太陽電池セルは、それぞれ表面電極、光電変換層及び裏面電極をこの順で重ねて備え、各セルストリングは、該セルストリングに含まれかつ隣接する前記太陽電池セルの一方の表面電極と他方の裏面電極とを電気的に接続しかつ該セルストリングの幅と同じ幅を有するコンタクトラインを備え、前記3つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングは、他の前記セルストリングより広い幅を有する。
本発明の薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流が生じにくい中央部のセルストリングを他のセルストリングより広い幅とすることができる。この範囲では、リーク電流が特に生じにくいため、出力の大きいセルストリングを作ることができる。中央のセルストリングの幅を広くすれば、電気的に分割するための分離溝の本数を減らすことができるため、受光面積ロスの削減、工数の削減ができる。
本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す概略平面図である。 (a)は図1の一点破線S−T部分における概略断面図であり、(b)は図2(a)の点線で囲んだ部分Bを拡大した概略断面図である。 (a)は図1の点線で囲んだ部分Aの概略平面図であり、(b)はコンタクトラインの断面積を説明するための図である。 (a)〜(c)は、「双方向的に互いに並列接続」という用語を説明するための図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造に用いられるプラズマCVD装置の構成を示す概略断面図である。 RB電流測定試験におけるセルストリングを分割した方向の各セルストリングの中心部の位置とRB電流が50mA以上の太陽電池セルの個数の関係を示したグラフである。 RB電流測定試験におけるセルストリングを分割した方向の各位置における第1光電変換層の膜厚分布を示したグラフである。 従来の薄膜太陽電池モジュールの概略平面図である。 (a)及び(b)はリーク電流の原因を説明するための概略断面図である。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
1.薄膜太陽電池モジュールの構成
図1は、本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を示す概略平面図である。また、図2(a)は図1の一点破線S−T部分における概略断面図であり、図2(b)は図2(a)の点線で囲んだ部分Bを拡大した概略断面図である。また、図3(a)は図1の点線で囲んだ部分Aの概略平面図であり図3(b)はコンタクトラインの断面積を説明するための図である。なお、図2では、各太陽電池セル27が直列接続していることがわかるように表面電極分割ライン13をコンタクトライン17、裏面電極分割ライン29より広くしている。
なお、図1〜3に示す薄膜太陽電池モジュールは、基板側が受光面となるスーパーストレート型の構造の薄膜太陽電池モジュールであるが、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、スーパーストレート型の構造に限定されず、基板側が裏面となるサブストレート型の構造の薄膜太陽電池モジュールであってもよい。なお、サブストレート型である場合、基板上に裏面電極、光電変換層、表面電極の順で形成される。
本実施形態の薄膜太陽電池モジュール1は、基板2と、それぞれが一定の幅を有する3つ以上のセルストリング21を含むセルモジュール1aとを備え、各セルストリング21は、該セルストリング21の幅と同じ幅を有しかつ直列接続された複数の太陽電池セル27を備え、セルストリング21は、太陽電池セル27が直列接続された方向の長さが同じであり、かつ基板2上に、太陽電池セル27が直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ並列接続され、太陽電池セル27は、それぞれ表面電極3、光電変換層(5、7、9)及び裏面電極11をこの順で重ねて備え、各セルストリング21は、該セルストリング21に含まれかつ隣接する太陽電池セル27の一方の表面電極3と他方の裏面電極11とを電気的に接続しかつ該セルストリング27の幅と同じ幅を有するコンタクトライン17を備え、前記3つ以上のセルストリング27のうち両端のセルストリング27は、他のセルストリング27より狭い幅を有することを特徴とする。
以下、本発明の薄膜太陽電池モジュール1の各構成要素について説明する。
1−1.基板
基板2は、特に限定されないが、例えば、スーパーストレート型である場合、透光性を有する基板、例えばプラズマCVD形成プロセスにおける耐熱性及び透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。サブストレート型である場合、基板であれば特に限定されない。
また、基板2の大きさは、セルモジュール1aを形成することができれば、特に限定されない。
1−2.セルモジュール
セルモジュール1aは、それぞれが一定の幅Lを有しかつ基板2上に太陽電池セル27が直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられた3つ以上のセルストリング21を含むものであれば特に限定されない。また、セルモジュール1aは、同一基板上に複数形成されてもよい。
なお、本発明で縦方向とは、太陽電池セル27が直列接続された方向であり、横方向とは、セルストリング21が並べられる方向である。例えば、図1ではY方向が縦方向であり、X方向が横方向である。
セルストリング21を並列接続させる方法は特に限定されないが、例えば、各セルストリング21の両端に接続された共通電極23により並列接続させることができる。
なお、本発明においてセルストリング21の幅とは、セルストリングの横方向の長さであり、例えば、図1のLのようにセルストリング21が並べられた方向のセルストリング21の幅である。
また、セルモジュール1aの大きさは、特に限定されないが、例えば、太陽電池セル27が直列接続された方向に対して垂直な方向の幅が500mm以上3000mm以下(例えば、500、600、700、800、900、1000、1200、1400、1600、1800、2000、2200、2400、2600、2800、3000mmのうちいずれか二つの間の範囲)である。セルモジュール1aがある程度の大きさを有することで、両端のセルストリング21でリーク電流が流れやすくなるからである。
また、本発明において「双方的に互いに並列接続する」とは、一方のセルストリング21で発生した電流が他方のセルストリング21に流入可能であり、その逆も成り立つような状態を意味する。図4(a)〜(c)は、「双方向的に互いに並列接続」という用語を説明するための図である。図4(a)のように複数のセルストリング21がブロッキングダイオード31を介さずに並列接続されている場合、例えば、セルストリングAで発生した電流は、セルストリングBに流入可能であり、セルストリングBで発生した電流は、セルストリングAに流入可能である。このような関係がセルストリングA〜Dの任意の2つの組み合わせで成り立つ。従って、セルストリングA〜Dは、双方向的に互いに並列接続されている。一方、図4(b)のように複数のセルストリング21がブロッキングダイオード31を介して並列接続されている場合、例えば、セルストリングAで発生した電流は、ブロッキングダイオード31にブロックされてセルストリングBに流入できず、セルストリングBで発生した電流は、ブロッキングダイオード31にブロックされてセルストリングAに流入できない。このような関係がセルストリングA〜Dの任意の2つの組み合わせで成り立つ。従って、セルストリングA〜Dは、双方向的に互いに並列接続されていない。また、図4(c)のようにセルストリングAとBの組と、CとDの組がそれぞれブロッキングダイオード31を介さずに並列接続されていて且つこれら2つの組は、ブロッキングダイオード31を介して並列接続されている。この場合、セルストリングAとBは、双方向的に互いに並列接続されており、セルストリングCとDは、双方向的に互いに並列接続されている。しかし、例えば、セルストリングAとCは、双方向的に互いに並列接続されていない。
また、セルモジュール1aは、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM(Air Mass)1.5、温度:25℃という条件下において90W以上385W以下の出力を有することができる。このことにより、ホットスポット現象による太陽電池セル27の損傷やコンタクトライン17の損傷が生じやすい光起電力の大きい薄膜太陽電池モジュール1についてこの発明を適用することができる。また、このような範囲の出力を有する薄膜太陽電池モジュールでは、リーク電流による出力の低下が問題となる場合が多いからである。
なお、ここでAMとは、太陽光強度の波長分布が大気による吸収・散乱で受ける影響を表す。例えば、大気圏外ではAM0、地表と垂直に入射した場合の地表面ではAM1となる。太陽電池の出力条件の一つであるエアマスAM1.5の太陽光はAM1よりも空気層を1.5倍長く通ったことを意味する。
また、セルモジュール1aの出力は、例えば、50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,270,280,290,300,310,320,330,340,350,360,370,380又は385Wとすることができる。セルモジュール1aの出力は、ここで例示した数値の何れか1つ以下であってもよく、何れか2つの間の範囲内であってもよい。
1−3.セルストリング
各セルストリング21は、該セルストリング21の幅と同じ幅を有しかつ縦方向に直列接続された複数の太陽電池セル27を備え、一定の幅を有する。また、縦方向の長さが同じでありかつそれぞれが一定の幅を有する3つ以上のセルストリング21が基板2上に横方向に並べて設けられる。セルストリング21の数は例えば3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28又は30つとすることができる。また、例えばここで例示したセルストリング21の数のいずれか2つの間の範囲とすることもできる。また、セルストリング21の数を例えば3つ以上20つ以下とすることができる。このことにより端のセルストリング21の受光面面積を他のセルストリング21の受光面面積よりも十分小さくすることができ、リーク電流による薄膜太陽電池モジュール1の出力の低下を小さくすることができる。
なお、本発明において端のセルストリング21とは、横方向に並べて設けられたセルストリング21のうちその片側のみに他のセルストリング21が設けられたセルストリング21をいう。例えば、図1においては、X方向に並べられたセルストリング21のうちX方向のセルモジュール1aの両端に隣接するセルモジュール21である。
また、3つ以上のセルストリング21のうち両端のセルストリング21幅L´は、他のセルストリング21の幅Lより狭い。このことにより、両端のセルストリング21の受光面の面積を他のセルストリング21よりも小さくすることができ、出力も他のセルストリング21よりも小さくすることができる。このことにより、両端のセルストリング21で大きなリーク電流が生じた場合でも、薄膜太陽電池モジュール1の出力の低下を小さくすることができる。
また、セルストリング21の形状は、縦方向の長さ同じでありかつ横方向に一定の幅を有するものであれば特に限定されないが、例えば、実質的に方形(長方形又は正方形)であり、その幅方向に並べて設けられる。
例えば、図1に示すような長方形であり、長方形のセルストリング21が、横方向に並べて設けることができる。また、図1の薄膜太陽電池モジュール1では、並べられたセルストリング21は、並列分割ライン25で互いに分離され、かつ共通電極23を通じて互いに並列に電気的に接続されている。両端のセルストリング21が他のセルストリング21より狭い幅を有するように並列分割ライン25を形成することができる。
また、前記3つ以上のセルストリング21のうち両端のセルストリング21は、5mm以上255mm以下の幅を有することができる。後に記載する実験により、セルモジュールの端から255mmまでの太陽電池セル27でリーク電流が生じやすいことがわかっているため、255mm以下の幅とすることにより、リーク電流が起こりにくい端から255mmより内にあるセルストリングの出力の低下を防止することができる。また、好ましくは両端のセルストリング21は5mm以上155mm以下の幅を有することができる。この範囲ではリーク電流が生じる確率が高いからである。また、さらに好ましくは両端のセルストリング21は5mm以上55mm以下の幅を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いからである。
また、前記3つ以上のセルストリング21のうち両端のセルストリング21は、セルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和を100%としたとき0.36%以上18%以下の幅を有することができる。このことにより、リーク電流が起こりにくい端から18%より内にあるセルストリングの出力の低下を防止することができる。また、好ましくは両端のセルストリング21は0.36%以上11%以下の幅を有することができる。この範囲ではリーク電流が生じる確率が高いからである。また、さらに好ましくは両端のセルストリング21は0.36%以上4%以下の幅を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いからである。
また、セルモジュール1aは、5つ以上のセルストリング21を含み、前記5つ以上のセルストリングの両端のうち少なくとも一方から2つのセルストリング21は、11mm以上255mm以下の幅の和又はセルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和を100%としたとき0.71%以上18%以下の幅の和を有してもよい。例えば、図5に示すような薄膜太陽電池モジュール1であり、前記2つのセルストリング21は幅L2、L3を有することができる。このL2+L3を上記の範囲内とすることができる。このことにより、リーク電流が生じやすいセルストリング21の出力を小さくすることができ、リーク電流の薄膜太陽電池モジュール1全体の出力への影響を小さくすることができる。また、前記2つのセルストリング21は、11mm以上155mm以下の幅の和又はセルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和を100%としたとき0.71%以上11%以下の幅の和を有することができる。この範囲ではリーク電流が生じる確率が高いため、このリーク電流の影響による出力の低下をより小さくすることができる。また、前記2つのセルストリング21は、11mm以上55mm以下の幅の和又はセルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和を100%としたとき0.71%以上4%以下の幅の和を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いため、よりリーク電流の全体出力への影響を小さくすることができる。
また、セルモジュール1aは、7つ以上のセルストリング21を含み、前記7つ以上のセルストリング21の両端のうち少なくとも一方から3つのセルストリング21は、17mm以上255mm以下の幅の和又はセルモジュール1aに含まれる全てのセルストリングの幅の和を100%としたとき1.07%以上18%以下の幅の和を有することができる。例えば、図6に示すような薄膜太陽電池モジュール1であり、前記3つのセルストリング21は幅L2、L3、L4を有することができる。このL2+L3+L4を上記の範囲内とすることができる。このことにより、リーク電流が生じやすいセルストリングの出力を小さくすることができ、リーク電流の薄膜太陽電池モジュール全体の出力への影響を小さくすることができる。また、前記3つのセルストリング21は、17mm以上155mm以下の幅の和又はセルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和を100%としたとき1.07%以上11%以下の幅の和を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いため、このリーク電流の影響による出力の低下をより小さくすることができる。また、前記3つのセルストリング21は、17mm以上55mm以下の幅の和又はセルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和を100%としたとき1.07%以上4%以下の幅の和を有することができる。この範囲では特にリーク電流が生じる確率が高いため、よりリーク電流の全体出力への影響を小さくすることができる。
また、各セルストリング21は、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下の出力が30W以下にすることができる。このことにより、セルストリング21に含まれる1つ又は少数の太陽電池セル27が影に入った場合でもホットスポット現象によりこの太陽電池セル27の損傷が生じることを抑制することができる(後に記載する実験から明らかになった)。セルストリング21の出力は小さいほどホットスポット現象による出力の低下を抑制することができる。しかし、出力を小さくすると、受光面面積が小さくなり、セルストリング21全体が影に入る確率が高くなりコンタクトライン17が損傷する確率は高くなる。
なお、受光面面積と出力の関係は比例関係にある。なお、ホットスポット現象は、セルストリングに含まれる太陽電池セルの一部に太陽光が当たらない場合に、他の太陽電池セルの光起電力により太陽光が当たらない太陽電池セル(光起電力による電流と逆方向の整流作用を有するダイオードとして振舞う)で絶縁破壊が生じ、局所的な加熱が生じる。この加熱により太陽電池セルに含まれる金属が溶融して膜剥離など太陽電池セルの損傷が生じると考えられている。
また、セルストリング21は、双方的に互いに並列接続され、並べて設けられたセルストリング21のうち両端のセルストリング21は、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をP(W)、該セルストリングの出力をPs(W)、該セルストリングに含まれるコンタクトラインの断面積をSc(cm2)としたとき、(P−Ps)/Scが10.7(kW/cm2)以下とすることができる。このことにより、セルモジュール1aに含まれる両端のセルストリング21のうち少なくとも一方の全体が影に入った場合でも、このセルストリング21のコンタクトライン17の損傷を抑制することができる(後に記載する実験から明らかになった)。なお、両端のセルストリング21が上記の条件を満たさない場合でもコンタクトライン17の損傷を抑えることができる場合がある。この理由は明らかではないが、端のセルストリング21では、リーク電流が流れる確率が高いため、電流がコンタクトラインに集中せず、分散される。このため、コンタクトライン17で消費される電力が少なくなるためと考えられる。
なお、このようなコンタクトライン17の損傷は、次のように生じると考えられる。薄膜太陽電池モジュールに含まれる1本又は少数のセルストリングの大部分のみが影に入った場合このセルストリングの光起電力が低下する。このことにより、他の受光しているセルストリングにより生じる光起電力により、影に入ったセルストリングに受光時の電流の方向と逆方向の電流が流れる。この電流によりセルストリングに含まれる太陽電池セルを直列接続するコンタクトラインが損傷することがある。これは受光しているセルストリングの光起電力によりこの影に入ったセルストリングにかかる印加電力密度がコンタクトラインにおいて最も大きくなるためと考えられる。この損傷によりこのセルストリングの出力が低下し、薄膜太陽電池モジュールの出力の低下が生じると考えられる。
また、1本のセルストリング21が影になった場合、他の全てのセルストリング21で発生した電力が影になったセルストリング21に印加される。影になったセルストリング21に印加される電力の値は、(セルモジュール1aの出力P)−(影になったセルストリング21の出力Ps)となる。(P−Ps)の値は、セルストリング21のPsの値が小さいほど大きくなるので、並列分割段数を増やして各セルストリング21の出力Psを減らすと、影になったセルストリング21に印加される電力が増大する。
また、セルストリング21のうち両端のセルストリング21以外のセルストリング21は、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下における、セルモジュール1aの出力をP(W)、該セルストリング21の出力をPs(W)、該セルストリング21に含まれるコンタクトライン17の断面積をSc(cm2)としたとき、コンタクトライン印加電力密度(P−Ps)/Scが10.7(kW/cm2)以下とすることができる。このことにより、セルモジュール1aのいずれのセルストリング21が影に入った場合でも、コンタクトライン17の損傷を抑制することができる。
また、セルストリング21は、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下における、セルモジュール1aの出力をP(W)、該セルストリング21の出力をPs(W)、該セルストリング21に含まれるコンタクトライン17の断面積をSc(cm2)としたとき、コンタクトライン印加電力密度(P−Ps)/Scが10.7(kW/cm2)以下とすることができる。このことにより、セルモジュール1aのいずれのセルストリング21が影に入った場合でも、コンタクトライン17の損傷を抑制することができる。
また、セルストリング21のうち中央のセルストリング21は、他のセルストリング21より広い幅を有することができる。このことにより、リーク電流が生じにくい部分のセルストリングの出力を大きくすることができる。また、中央のセルストリングの幅を広くすれば、電気的に分割するための分離溝の本数を減らすことができるため、受光面積ロスの削減、工数の削減ができる。なお、この発明において中央のセルストリング21とは、セルストリングの数が奇数の場合には、中央の1つのセルストリングを指し、セルストリングの数が偶数の場合には、中央の2つのセルストリング21のうちいずれか1つを指す。
例えば、図7のように中央のセルストリング21の幅Lbは、他のセルストリングよりも広い幅を有することができる。
また、セルストリング21のうち中央のセルストリング21は、670mm以下の幅又はセルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和を100%としたとき50%以下の幅を有することができる。この範囲では、リーク電流が特に流れにくいため、リーク電流の影響が小さく出力の大きなセルストリングとすることができる。例えば、図8のように中央のセルストリング21の幅Lbは、セルモジュール1aに含まれる全てのセルストリング21の幅の和Laの50%以下とすることができる。
1−4.太陽電池セル
太陽電池セル27は、それぞれ表面電極3、光電変換層(5、7、9)及び裏面電極11をこの順で重ねて備える。また、セルストリング21に含まれる太陽電池セル27は、セルストリング21の幅と同じ幅を有しかつ隣接する太陽電池セル27の一方の表面電極3と他方の裏面電極11とを電気的に接続しかつ該セルストリング21の幅と同じ幅を有するコンタクトライン17により縦方向に直列接続する。
太陽電池セル27の形状は、特に限定されないが、例えば実質的に長方形または正方形である。例えば、図1のように複数の長方形の太陽電池セル27をY方向に直列接続することができる。また、図1では、同一のセルストリング21に含まれる複数の太陽電池セル27は、表面電極分割ライン(コンタクトライン17)と、裏面電極分割ライン29で互いに分離されている。
また、薄膜太陽電池モジュール1がスーパーストレート型の場合、基板2側から表面電極3、光電変換層(5、7、9)及び裏面電極11がこの順で重ねて備えられ、サブストレート型の場合、基板2側から裏面電極11、光電変換層(5、7、9)及び表面電極3がこの順で重ねて備えられる。
1−4−1.表面電極
表面電極3は、導電性物質からなり、透光性を有する。表面電極3は、例えば、SnO2、ITO、ZnOなどの金属酸化物からなり、Snを含むSnO2、ITOなどが好ましい。
1−4−2.光電変換層
光電変換層は、n型半導体層とp型半導体層を有し、光電変換をすることができれば特に限定されない。例えば、光電変換層は、n型半導体層とp型半導体層からなるpn接合またはn型半導体層、i型半導体層及びp型半導体層からなるpin接合を有することができる。また、光電変換層は、複数のpin接合やpn接合を有することもできる。例えば、図2のように第1光電変換層5、第2光電変換層7、第3光電変換層9を有することもできる。ここでは図2に示した光電変換層について説明する。
ここでは、第1光電変換層5及び第2光電変換層7のi型半導体層がそれぞれ非晶質層でありかつ第3光電変換層9のi型半導体層が微結晶層である場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、これ以外の構成の薄膜太陽電池モジュール、例えば、第1〜第3光電変換層のi型半導体層が全て非晶質層又は全て結晶質層である構成の薄膜太陽電池モジュール、及び第1光電変換層のi型半導体層が非晶質層であり且つ第2及び第3光電変換層のi型半導体層がそれぞれ微結晶層である構成の薄膜太陽電池モジュール、第2光電変換層と第3光電変換層のうちの一方又は両方を省略した構成の薄膜太陽電池モジュール、第3光電変換層よりも下流側に別の光電変換層をさらに備える構成の薄膜太陽電池モジュールにも基本的に当てはまる。
また、各光電変換層のpin接合がp型半導体層、i型半導体層及びn型半導体層の順で並んでいる場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、各光電変換層のpin接合がn型半導体層、i型半導体層及びp型半導体層の順で並んでいる場合にも基本的に当てはまる。
第1光電変換層5は、p型半導体層5a、i型非晶質層からなるバッファ層5b、i型非晶質層5c及びn型半導体層5dをこの順に重ねて備える。第2光電変換層7は、p型半導体層7a、i型非晶質層からなるバッファ層7b、i型非晶質層7c及びn型半導体層7dをこの順に重ねて備える。第3光電変換層9は、p型半導体層9a、i型微結晶層9b及びn型半導体層9cをこの順に重ねて備える。バッファ層5b、7bは、省略することもできる。p型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のp型不純物原子がドープされており、n型半導体層にはリン等のn型不純物原子がドープされている。i型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱p型又は弱n型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「半導体層」とは、非晶質又は微結晶の半導体層を意味し、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質及び微結晶の半導体層を意味する。
光電変換層を構成する各半導体層の材料は、特に限定されず、例えば、シリコン系半導体、CIS(CuInSe2)化合物半導体、CIGS(Cu(In,Ga)Se2)化合物半導体等からなる。以下、各半導体層がシリコン系半導体からなる場合を例にとって説明を進める。「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体(シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等)を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい(数十から千Å程度)結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマCVD法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。
1−4−3.裏面電極
裏面電極11は、導電性物質からなる。
裏面電極11の構成や材料は、特に限定されないが、一例では、裏面電極11は、透明導電膜と金属膜の積層構造を有する。透明導電膜は、SnO2、ITO、ZnOなどからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。透明導電膜と金属膜は、CVD、スパッタ、蒸着等の方法により形成される。
1−5.コンタクトライン
コンタクトライン17は、同一のセルストリング21に含まれる隣接する太陽電池セル27の一方の表面電極3と他方の裏面電極11とを電気的に接続する。例えば、図2に示すように表面電極3と裏面電極11を電気的に接続することができる。また、コンタクトライン17の断面は、セルストリング21の幅Lと同じの長さLを有する。このことにより、セルストリング21の幅Lが大きくなると、コンタクトライン17の断面積も大きくなり、幅の広いセルストリングではコンタクトライン17の損傷が抑制される。例えば、図3に示すようにコンタクトライン17の断面は、セルストリング21の幅Lと同じ長さLを有することができる。また、図3のコンタクトライン17の断面積Scは、セルストリング21の幅L×コンタクトライン17の縦方向の幅Wで表すことができる。また、図1〜3の薄膜太陽電池モジュール1では、コンタクトライン17は、光電変換層分割ライン内に導電体(例:裏面電極の材料)が充填されて形成されている。
また、セルモジュール1aに含まれるセルストリング21の1つが影に入り、他のセルストリング21の光起電力により影に入ったセルストリング21に電流が流れる場合、主にセルストリング21に含まれる表面電極3、コンタクトライン17、裏面電極27を流れるが、このうち各導電体の断面積のうちコンタクトライン17の断面積が最も小さくなることが多いため、コンタクトライン17において印加電力密度が大きくなる場合が多い。
また、コンタクトライン17は、L×Wの断面積Scを有し、W=40〜200μmであり、L=5〜50cmであってもよい。このことにより、太陽電池セル27の受光面面積を確保した上でコンタクトライン17の断面積を十分に大きくすることができる。また、コンタクトライン17の断面の一辺の幅Wは、例えば、20〜300μmであり、40〜200μmが好ましい。コンタクトライン17の断面の一辺の幅Wが短くなると面積Scが小さくなりコンタクトライン印加電力密度(P−Ps)/Scが大きくなり、コンタクトライン17の断面の一辺の幅Wが長くなると有効発電面積が減少するところ、コンタクトライン17の断面の一辺の幅Wが40〜200μmであればコンタクトライン印加電力密度(P−Ps)/Scが大きくなりすぎず且つ広い有効発電面積が確保できる。コンタクトライン17の断面の一辺の幅Wは、具体的には、例えば、20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,260,270,280,290又は300μmである。コンタクトライン17の断面の一辺の幅Wは、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
2.プラズマCVD装置
次に、図9を用いて、上記の薄膜太陽電池モジュール1に含まれる半導体層を形成するためのプラズマCVD装置について説明する。図9は、本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造に用いられるプラズマCVD装置の構成を示す断面図である。
図9に示す構成は、例示であり、別の構成の装置を用いて半導体層を形成してもよい。また、プラズマCVD以外の方法により半導体層を形成してもよい。ここでは、成膜室の数が1つであるシングルチャンバのプラズマCVD装置を例に挙げて説明を進めるが、その説明は、成膜室の数が複数であるマルチチャンバのプラズマCVD装置についても同様に当てはまる。
図9に示すように、本実施形態に用いられるプラズマCVD装置は、半導体層を内部で形成するための密閉可能な成膜室101と、成膜室101に置換ガスを導入するためのガス導入部110と、成膜室101から置換ガスを排気するためのガス排気部116とを備える。
より具体的には、図9のプラズマCVD装置は、密閉可能な成膜室101内に、カソード電極102及びアノード電極103が設置された平行平板型の電極構造を有する。カソード電極102とアノード電極103との電極間距離は、所望の処理条件に従って決定され、数mmから数十mm程度とするのが一般的である。成膜室101外には、カソード電極102に電力を供給する電力供給部108と、電力供給部108とカソード電極102及びアノード電極103との間のインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路105が設置されている。
電力供給部108は、電力導入線106aの一端に接続される。電力導入線106aの他端は、インピーダンス整合回路105に接続されている。インピーダンス整合回路105には電力導入線106bの一端が接続され、該電力導入線106b他端は、カソード電極102に接続されている。電力供給部108は、CW(連続波形)交流出力あるいはパルス変調(オンオフ制御)された交流出力のいずれを出力するものであっても良く、これらを切換えて出力できるものでも良い。
電力供給部108から出力される交流電力の周波数は、13.56MHzが一般的であるが、これに限られるものではなく、数kHzからVHF帯、さらにマイクロ波帯の周波数を使用しても良い。
一方、アノード電極103は電気的に接地されており、アノード電極103上には、基板107が設置される。基板107は、例えば表面電極3が形成された基板2である。基板107は、カソード電極102上に載置されても良いが、プラズマ中のイオンダメージによる膜質低下を低減するためアノード電極103上に設置されることが一般的である。
成膜室101には、ガス導入部110が設けられている。ガス導入部110からは、希釈ガス、材料ガス、ドーピングガス等のガス118が導入される。希釈ガスとしては、水素ガスを含むガス、材料ガスとしてはシラン系ガス、メタンガス、ゲルマンガス等が挙げられる。ドーピングガスとしては、ジボランガス等のp型不純物ドーピングガス、ホスフィンガス等のn型不純物ドーピングガスが挙げられる。
また、成膜室101には、ガス排気部116と圧力調整用バルブ117とが直列に接続され、成膜室101内のガス圧力が略一定に保たれる。ガス圧力は、成膜室内のガス導入部110及びガス排気口119の近傍で測定すると若干の誤差を生じるため、ガス導入部110及びガス排気口119から離れた位置で測定することが望ましい。この状態でカソード電極102に電力を供給することにより、カソード電極102とアノード電極103との間にプラズマを発生させ、ガス118を分解し、基板107上に半導体層を形成することができる。
ガス排気部116は、成膜室101内のガス圧力を1.0×10-4Pa程度の圧力に高真空排気できるものであってもよいが、装置の簡易化、低コスト化及びスループット向上の観点から、0.1Pa程度の圧力とする排気能力を有するものを用いても良い。成膜室101の容積は、半導体デバイスの基板サイズの大型化に伴い大容量化している。このような成膜室101を高真空排気する場合、高性能なガス排気部116が必要となり、装置の簡易化及び低コスト化の観点から望ましくなく、簡易な低真空用のガス排気部116を使用することがより望ましい。
簡易な低真空用のガス排気部116としては、例えばロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ、ソープションポンプ等が挙げられ、これらを単独又は2以上の組合せで用いることが好ましい。
本実施形態で用いるプラズマCVD装置の成膜室101は例えば約1m3のサイズとすることができる。典型的なガス排気部116としては、メカニカルブースターポンプとロータリーポンプとを直列に接続したものを使用することができる。
3.薄膜太陽電池モジュールの製造方法
次に、図1、図2、図3(a),(b)及び図9用いて、本発明の一実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
以下、図9に示すような成膜室の数が1つであるシングルチャンバのプラズマCVD装置を用いて半導体層を形成する場合を例にとって説明を進めるが、以下の説明は、マルチチャンバのプラズマCVD装置を用いて半導体層を形成する場合にも基本的に当てはまる。但し、マルチチャンバのプラズマCVD装置では、p型、i型及びn型の半導体層を別々の成膜室内で形成することができるため、後述するガス置換工程が省略可能である。
本実施形態の製造方法では、第1光電変換層5、第2光電変換層7及び第3光電変換層9を同一の成膜室で形成する。同一の成膜室で形成するとは、同一の成膜室内にある同一又は異なる電極を用いて第1から第3光電変換層5,7,9を形成することであり、同一の成膜室内の同一電極を用いて第1から第3光電変換層5,7,9を形成することが望ましい。また、第1から第3光電変換層5,7,9を途中で大気解放することなく連続して形成することが生産効率向上の点から望ましい。さらに、第1から第3光電変換層5,7,9を形成する際の基板温度は、同一であることが生産効率向上の点から望ましい。
以下、薄膜太陽電池モジュール1の製造方法を詳述する。以下に示す方法は、例示であって、薄膜太陽電池モジュール1は、以下に示す方法以外の方法で製造してもよい。
3―1.表面電極形成工程
まず、基板2上に表面電極3を形成する。例えば、CVD、スパッタ、蒸着等の方法により形成することができる。
3−2.表面電極分割ライン形成工程
次に、表面電極3を分割する表面電極分割ライン13を横方向に形成する。例えば図1のX方向に(基板2の長辺方向に、セルモジュール1a中の複数のセルストリング21が並ぶ方向に)延びる表面電極分割ライン13を表面電極3に形成することによって表面電極3を複数の帯状パターンに分割する。表面電極分割ライン13は、例えばYAGレーザーの基本波を用いて表面電極3をスクライブすることによって形成することができる。
3−3.第1光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第1光電変換層5を形成する。上記の通り、第1光電変換層5は、p型半導体層5a、バッファ層5b、i型非晶質層5c及びn型半導体層5dを有するので、各半導体層を順次形成する。
p型半導体層5aの形成前(つまり、第1光電変換層5の形成前)と、i型非晶質層5cの形成前には、成膜室101内の不純物の濃度を低減するために、成膜室101内を置換ガスにより置換するガス置換工程を実施する。成膜室101内には、前工程で導入された不純物や基板搬入時に外部から混入する不純物が残留しており、この不純物が半導体層に取り込まれると半導体層の品質が悪化するので、予め成長室101内の不純物濃度を低減させておく。ガス置換工程は、p型半導体層7aの形成前(つまり、第2光電変換層7の形成前)と、i型非晶質層7cの形成前と、p型半導体層9aの形成前(つまり、第3光電変換層9の形成前)と、i型微結晶層9bの形成前にも行われる。なお、それぞれのガス置換工程は、同一条件で実施してもよく、互いに異なる条件で実施してもよい。
なお、マルチチャンバのプラズマCVD装置を使用する場合は、ガス置換工程を行う代わりに成膜室を変えることによって成膜室内の不純物濃度を低減させることができる。一般に、p型半導体層5aとバッファ層5bが第1成膜室で形成され、i型非晶質層5cが第2成膜室で形成され、n型半導体層5dが第3成膜室で形成される。また、p型半導体層7a、バッファ層7b及びp型半導体層9aは、第1成膜室で形成され、i型非晶質層7c及びi型微結晶層9bは、第2成膜室で形成され、n型半導体層7d及びn型半導体層9cは、第3成膜室で形成される。p型非晶質層とバッファ層は、別々の成膜室で形成してもよい。
以下、第1光電変換層5の形成工程について詳述する。
3−3―1.ガス置換工程
成膜室101内に表面電極3を形成した基板2を設置し、その後、成膜室101を置換ガスで置換するガス置換工程を実施する。このガス置換工程は、半導体層が形成される基板を成膜室101に搬入したときに成膜室101外から混入する不純物の濃度を低減するために行われる。また、薄膜太陽電池モジュールを繰り返し製造する場合には、第1から第3光電変換層が繰り返し形成されるため、前に形成した第3光電変換層9のn型半導体層9cが成膜室101内の内壁及び電極等に付着しているため、その第3光電変換層9のn型半導体層9cから放出される不純物、特に第3光電変換層9のn型半導体層9cの導電型を決定する不純物の第1光電変換層5のp型半導体層5aへの混入が問題となる。そこで、p型半導体層5aを形成する前にガス置換工程を行って、p型半導体層5aへのn型不純物の混入量を低減する。
これにより、第1光電変換層5のp型半導体層5aとして良質な半導体層を形成することができる。ここで、p型半導体層5aには、通常、p導電型不純物を1×1020cm-3程度含ませるので、混入したn導電型不純物濃度が二桁少ない1×1018cm-3程度以下であれば、良好な光電変換特性が得られる。
ガス置換工程は、例えば、成膜室101内に置換ガスとして例えば水素ガスを導入し(置換ガス導入工程)、成膜室101内の圧力が所定の圧力(例えば100Paから1000Pa程度)に達したときに水素ガスの導入を停止し、さらに、成膜室101内の圧力が所定の圧力(例えば1Paから10Pa程度)になるまで排気する(排気工程)一連のサイクルによって実施することができる。このサイクルは、複数回繰り返しても良い。
上記1サイクルに要する時間は数秒から数十秒程度とすることができる。具体的には、置換ガス導入工程を1〜5秒間かけて行ない、排気工程を30〜60秒間かけて行うことができる。このような短い時間で行っても、複数回繰り返すことにより、成膜室内の不純物濃度を低減することができる。よって本実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造方法は量産装置に適用した場合にも実用的である。
本実施形態においては、成膜室101の内部における置換ガス導入後圧力及び置換ガス排気後圧力をあらかじめ設定し、置換ガス導入工程においては成膜室101からの排気を停止し、成膜室101の内部の圧力が該置換ガス導入後圧力以上となったときに置換ガスの導入を停止して置換ガス導入工程を終了させ、排気工程においては置換ガスの導入を停止し、成膜室101の内部の圧力が該置換ガス排気後圧力以下となったときに排気を停止して排気工程を終了させることが好ましい。
サイクルの繰り返し回数を増加させることにより、また、置換ガス排気後圧力Mに対する置換ガス導入後圧力mの比率(M/m)を小さくすることにより、成膜室101内に存在する不純物の濃度をより低減することができる。
また、本実施形態においては、置換ガスとして水素ガスを使用する場合を例に説明しているが、別の実施形態においては、置換ガスとして、シランガス等の、i型層の形成に用いられるガスのいずれかを使用しても良い。i型層の形成に用いられるガスは、p型、i型及びn型の半導体層の形成のいずれにも使用される。従って、置換ガスとしてi型層の形成に用いられるガスを用いる場合、このガスから半導体層中に不純物が混入することがなくなるため好ましい。
また、別の実施形態においては、半導体層の膜質に影響を与えない不活性ガス等を置換ガスとして使用しても良い。特に、原子量の大きなガスは、成膜室101内を排気した際に成膜室101内に残り易く、置換ガスとして適している。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ネオンガス、キセノンガス等が挙げられる。
また、置換ガスは、i型層の形成に用いられるガスのいずれか1種以上と、1種以上の不活性ガスとの混合ガスであってもよい。
3−3−2.p型半導体層形成工程
次に、p型半導体層5aを形成する。以下、p型半導体層5aの形成工程について説明する。
まず、成膜室101内を0.001Paまで排気し、基板温度を200℃以下に設定することができる。その後、p型半導体層5aを形成する。成膜室101内に混合ガスを導入し、排気系に設けられた圧力調整用バルブ117により成膜室101内の圧力を略一定に保つ。成膜室101内の圧力は、例えば200Pa以上3600Pa以下とする。成膜室101内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス、水素ガス及びジボランガスを含むガスを使用でき、さらに光吸収量を低減するために炭素原子を含むガス(例えばメタンガス)を含ませることができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、5倍以上300倍以下とすることができ、p型非晶質層を形成する場合には5倍から30倍が好ましく、p型微結晶層を形成する場合には30倍から300倍程度が好ましい。
成膜室101内の圧力が安定した後、カソード電極102に数kHz〜80MHzの交流電力を投入し、カソード電極102とアノード電極103との間にプラズマを発生させ、非晶質又は微結晶のp型半導体層5aを形成する。カソード電極102の単位面積あたりの電力密度は、p型非晶質層を形成する場合には0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下とすることが好ましく、p型微結晶層を形成する場合には、0.02W/cm2以上0.5W/cm2以下とすることが好ましい。
上記のようにして所望の厚さのp型半導体層5aを形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室101内を真空排気する。
p型半導体層5aの厚さは、i型非晶質層5cに十分な内部電界を与える点で、2nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましい。また、p型半導体層5aの厚さは、非活性層の入射側の光吸収量を抑えることが必要である点で、50nm以下が好ましく、30nm以下がより好ましい。
3−3−3.バッファ層形成工程
次に、バッファ層5bとしてi型非晶質層を形成する。まず、成膜室101内のバックグラウンド圧力を0.001Pa程度に真空排気する。基板温度は200℃以下に設定することができる。次に、成膜室101内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ117により成膜室101内の圧力を略一定に保つ。成膜室101内の圧力は、例えば200Pa以上3000Pa以下とする。成膜室101内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス及び水素ガスを含むガスを使用することができ、さらに光吸収量を低減するために炭素原子を含むガス(例えばメタンガス)を含ませることができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、数倍から数十倍程度が望ましい。
成膜室101内の圧力が安定した後、カソード電極102に数kHz〜80MHzの交流電力を投入し、カソード電極102とアノード電極103との間にプラズマを発生させ、バッファ層5bであるi型非晶質層を形成する。カソード電極102の単位面積あたりの電力密度は、0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下とすることができる。
上記のようにして、バッファ層5bとして所望の厚さのi型非晶質層を形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室101内を真空排気する。
バッファ層5bであるi型非晶質層を形成することにより、成膜室101内の雰囲気中のボロン原子濃度が低下し、次に形成されるi型非晶質層5cへのボロン原子の混入を低減することができる。
バッファ層5bであるi型非晶質層の厚さは、p型半導体層5aからi型非晶質層5cへのボロン原子の拡散を抑えるために2nm以上が望ましい。一方、光吸収量を抑えi型非晶質層5cへ到達する光を増大させるためにはできる限り薄いことが望ましい。バッファ層5bの厚さは、通常50nm以下とされる。
3−3−4.ガス置換工程
次に、「3−3―1.ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。
成膜室101内の内壁及び電極等には前工程で形成したp型半導体層5aが付着しているため、p型半導体層5aから放出される不純物、特にp型半導体層5aの導電型を決定する不純物のi型非晶質層5cへの混入が問題となるが、i型非晶質層5cを形成する前にガス置換工程を行うことによって、i型非晶質層5cへの上記不純物の混入量を低減することができる。これにより、i型非晶質層5cとして良質な半導体層を形成することができる。
3−3−5.i型非晶質層形成工程
次に、i型非晶質層5cを形成する。まず、成膜室101内のバックグラウンド圧力を0.001Pa程度に真空排気する。基板温度を200℃以下に設定することができる。次に、成膜室101内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ117により成膜室101内の圧力を略一定に保つ。成膜室101内の圧力は、例えば200Pa以上3000Pa以下とする。成膜室101内に導入される混合ガスとしては、例えばシランガス及び水素ガスを含むガスを使用することができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、数倍から数十倍程度が好ましく、5倍以上30倍以下がさらに好ましく、良好な膜質のi型非晶質層5cを形成することができる。
成膜室101内の圧力が安定した後、カソード電極102に数kHz〜80MHzの交流電力を投入し、カソード電極102とアノード電極103との間にプラズマを発生させ、i型非晶質層5cを形成する。カソード電極102の単位面積あたりの電力密度は0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下とすることができる。
上記のようにして所望の厚さのi型非晶質層5cを形成した後、交流電力の投入を停止し、成膜室101内を真空排気する。
i型非晶質層5cの厚さは、光吸収量、光劣化による光電変換特性の低下を考慮して、0.05μmから0.25μmの値に設定されることが好ましい。
3−3−6.n型半導体層形成工程
次に、n型半導体層5dを形成する。まず、成膜室101内のバックグラウンド圧力を0.001Pa程度に真空排気する。基板温度は200℃以下、例えば150℃に設定することができる。次に、成膜室101内に混合ガスを導入し、圧力調整用バルブ117により成膜室101内の圧力を略一定に保つ。成膜室101内の圧力は、例えば200Pa以上3600Pa以下とする。成膜室101内に導入される混合ガスとしては、シランガス、水素ガス及びホスフィンガスを含むガスを使用することができる。シランガスに対する水素ガスの流量は、5倍以上300倍以下とすることができ、n型非晶質層を形成する場合には5倍から30倍が好ましく、n型微結晶層を形成する場合には30倍から300倍程度が好ましい。
成膜室101内の圧力が安定した後、カソード電極102に数kHz〜80MHzの交流電力を投入し、カソード電極102とアノード電極103との間にプラズマを発生させ、非晶質又は微結晶のn型半導体層5dを形成する。カソード電極102の単位面積あたりの電力密度は、n型非晶質層を形成する場合には0.01W/cm2以上0.3W/cm2以下とすることが好ましく、n型微結晶層を形成する場合には、0.02W/cm2以上0.5W/cm2以下とすることが好ましい。
n型半導体層5dの厚さは、i型非晶質層5cに十分な内部電界を与えるため2nm以上が好ましい。一方、非活性層であるn型半導体層5dの光吸収量を抑えるためにはできる限り薄いことが好ましく、通常50nm以下とされる。
以上により、i型非晶質層5cを備える第1光電変換層5を形成することができる。
3−4.第2光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第2光電変換層7を形成する。上記の通り、第2光電変換層7は、p型半導体層7a、バッファ層7b、i型非晶質層7c及びn型半導体層7dを有するので、各半導体層を順次形成する。
以下、第2光電変換層7の形成工程について詳述する。
3−4−1.ガス置換工程
次に、「3−3―1.ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程を実施することにより、n型半導体層5d形成時に成膜室101内の内壁及び電極等に付着したn型半導体層から放出される不純物、特にn型半導体層5dの導電型を決定する不純物のp型半導体層7aへの混入量を低減することができる。これにより、p型半導体層7aとして良質な半導体層を形成することができる。ここで、p型半導体層7aにはp導電型不純物を1×1020cm-3程度含ませているので、混入したn導電型不純物濃度が二桁少ない1×1018cm-3程度以下であれば、良好な光電変換特性が得られる。
3−4−2.p型半導体層形成工程
次に、p型半導体層7aを形成する。p型半導体層7aは、第1光電変換層5のp型半導体層5aと同様の方法により形成することができる。
3−4−3.バッファ層形成工程
次に、第1光電変換層5のバッファ層5bと同様の方法により、バッファ層7bを形成する。
3−4−4.ガス置換工程
次に、「3−3―1.ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第1光電変換層5のi型非晶質層5cを形成する前に行われるガス置換工程と同様の効果を得ることができる。
3−4−5.i型非晶質層形成工程
次に、i型非晶質層7cを形成する。
i型非晶質層7cの厚みは、光吸収量、光劣化による光電変換特性の低下を考慮して、0.1μmから0.7μmの値に設定されることが好ましい。
また、第2光電変換層7のi型非晶質層7cの禁制帯幅は、第1光電変換層5のi型非晶質層5cの禁制帯幅よりも狭いことが望ましい。このような禁制帯幅とすることにより、第1光電変換層5で吸収できなかった波長帯の光を第2光電変換層7で吸収することができ、入射光を有効に利用することができるからである。
i型非晶質層7cの禁制帯幅を狭くするために、膜形成時の基板温度を高く設定することができる。基板温度を高くすることにより膜中に含有される水素原子濃度を減らし、禁制帯幅の狭いi型非晶質層7cを形成することができる。すなわち、第2光電変換層7のi型非晶質層7c形成時の基板温度を、第1光電変換層5のi型非晶質層5c形成時の基板温度より高くすれば良い。これにより、第1光電変換層5のi型非晶質層5c中の水素原子濃度を、第2光電変換層7のi型非晶質層7c中の水素原子濃度よりも高くすることができ、第1光電変換層5のi型非晶質層5cの禁制帯幅が、第2光電変換層7のi型非晶質層7cの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。
また、i型非晶質層7c形成時に成膜室101に導入される混合ガスの水素ガス/シランガス流量比を小さくすることにより、i型非晶質層7c中に含有される水素原子濃度を減らし、禁制帯幅の狭いi型非晶質層7cを形成することができる。すなわち、第2光電変換層7のi型非晶質層7c形成時の混合ガスの水素ガス/シランガス流量比を、第1光電変換層5のi型非晶質層5c形成時より小さくすれば良い。これにより、第1光電変換層5のi型非晶質層5c中の水素原子濃度を、第2光電変換層7のi型非晶質層7c中の水素原子濃度よりも高くすることができ、第1光電変換層5のi型非晶質層5cの禁制帯幅が、第2光電変換層7のi型非晶質層7cの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。
さらに、i型非晶質層を連続放電プラズマにより形成する場合と、パルス放電プラズマにより形成する場合で、i型非晶質層の禁制帯幅を調整することも可能である。i型非晶質層を連続放電プラズマにより形成するとパルス放電プラズマにより形成した場合より、成膜されるi型非晶質層中に含まれる水素原子濃度を多くすることができる。
従って、第1光電変換層5のi型非晶質層5cを連続放電プラズマにより形成し、第2光電変換層7のi型非晶質層7cをパルス放電プラズマにより形成できるように、プラズマ発生用の供給電力を切換えることにより、第1光電変換層5のi型非晶質層5cの禁制帯幅が、第2光電変換層7のi型非晶質層7cの禁制帯幅より大きい積層型薄膜太陽電池モジュールを製造することができる。
上記第1光電変換層5のi型非晶質層5c及び第2光電変換層7のi型非晶質層7c形成時の基板温度の設定、水素ガス/シランガス流量比の設定及び連続放電/パルス放電の切換は、それぞれ別々に設定しても良いし、各設定を併用しても良い。特に、第1光電変換層5のi型非晶質層5c及び第2光電変換層7のi型非晶質層7c形成時の基板温度が同一である場合、水素ガス/シランガス流量比の設定及び連続放電/パルス放電の切換を併用すると、i型非晶質層中に含有される水素原子濃度を大きく変化させることができ望ましい。
3−4−6.n型半導体層形成工程
次に、n型半導体層7dを形成する。n型半導体層7dは、第1光電変換層5のn型半導体層5dと同様の方法により形成することができる。
3−5.第3光電変換層形成工程
次に、得られた基板上に第3光電変換層9を形成する。上記の通り、第3光電変換層9は、p型半導体層9a、i型微結晶層9b及びn型半導体層9cを有するので、各半導体層を順次形成する。
以下、第3光電変換層9の形成工程について詳述する。
3−5−1.ガス置換工程
まず、「3−3―1.ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第2光電変換層7形成前に行われるガス置換工程と同様の効果を有する。
3−5−2.p型半導体層形成工程
次に、p型半導体層9aを形成する。p型半導体層9aは、第1光電変換層5のp型半導体層5aと同様の方法により形成することができる。
3−5−3.ガス置換工程
次に、「3−3―1.ガス置換工程」と同様の方法により、ガス置換工程を行う。このガス置換工程は、第1光電変換層5のi型非晶質層5c及び第2光電変換層7のi型非晶質層7cを形成する前に行われるガス置換工程と同様の効果を有する。
3−5−4.i型微結晶層形成工程
次に、i型微結晶層9aを形成する。i型微結晶層9bは、例えば以下の形成条件において形成することができる。基板温度は200℃以下とすることが望ましい。形成時の成膜室101内の圧力は、240Pa以上3600Pa以下であることが望ましい。また、カソード電極102の単位面積あたりの電力密度は0.02W/cm2以上0.5W/cm2以下とすることが望ましい。
成膜室101内に導入される混合ガスとしては、例えば、シランガス、水素ガスを含むガスを使用できる。シランガスに対する水素ガスの流量は、30倍から数百倍程度が望ましく、30倍から300倍程度がさらに望ましい。
i型微結晶層9bの厚さは、十分な光吸収量を確保するため0.5μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましい。一方、i型微結晶層9bの厚さは、良好な生産性を確保する点で20μm以下が好ましく15μm以下がより好ましい。
このようにして、ラマン分光法により測定される、480nm-1におけるピークに対する520nm-1におけるピークのピーク強度比I520/I480が3以上10以下である良好な結晶化率を有するi型微結晶層9bを形成できる。
3−5−5.n型半導体層形成工程
次に、n型半導体層9cを形成する。n型半導体層9cは、第1光電変換層5のn型半導体層5dと同様の方法により形成することができる。
3−6.光電変換層分割ライン形成工程
次に、横方向(図1のX方向)に延びかつ表面電極分割ライン13からずれた位置に光電変換層分割ラインを第1〜第3光電変換層5,7,9に形成することによって第1〜第3光電変換層5,7,9を複数の帯状パターンに分割する。光電変換層分割ラインは、例えばYAGレーザーの第二高調波を用いて第1〜第3光電変換層5,7,9をスクライブすることによって形成することができる。なお、コンタクトライン17は、光電変換層分割ライン内に導電体(例:裏面電極の材料)が充填されて形成されるので、光電変換層分割ラインの幅が、コンタクトライン17の幅に一致する。
3−7.裏面電極形成工程
次に、第3光電変換層9上に裏面電極11を形成する。裏面電極11は、第3光電変換層9側から順に透明導電膜と金属膜と有しているので、これらを順次形成する。
透明導電膜は、SnO2、ITO、ZnOなどからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。透明導電膜と金属膜は、CVD、スパッタ、蒸着等の方法により形成される。透明導電膜は、省略することもできる。
なお、裏面電極11を形成する際に、裏面電極11の材料が光電変換層分割ライン内に入り込んでコンタクトライン17が形成される。
3−8.裏面電極分割ライン形成工程
次に、横方向(図1のX方向)に延びる裏面電極分割ライン29を裏面電極11及び第1〜第3光電変換層5,7,9に形成することによって裏面電極11及び第1〜第3光電変換層5,7,9を複数の帯状パターンに分割する。裏面電極分割ライン29は、3本のラインが表面電極分割ライン13、光電変換層分割ライン及び裏面電極分割ライン29の順で並ぶように形成する。
裏面電極分割ライン29は、例えばYAGレーザーの第二高調波を用いて裏面電極11及び第1〜第3光電変換層5,7,9をスクライブすることによって形成することができる。
ここまでの工程によって、互いに直列接続された複数の太陽電池セル27を有する帯状のセルストリング21が得られる。
3−9.並列分割ライン形成工程
次に、縦方向(図1のY方向、基板2の短辺方向、セルストリング21中の複数の太陽電池セル27が並ぶ方向)に延びる並列分割ライン25を帯状のセルストリング21に形成することによって帯状のセルストリング21を複数のセルストリング21に分割する。このときに、各並列分割ライン25を形成する位置を調整して端のセルストリング21の幅を他のセルストリング21の幅より狭くすることができる。また、セルストリングの幅を本発明のセルストリングの幅とすることができる。
並列分割ライン25は、例えばYAGレーザーの第二高調波を用いて裏面電極11及び第1〜第3光電変換層5,7,9をスクライブし、さらにYAGレーザーの基本波を用いて表面電極3をスクライブすることによって形成することができる。
3−10.共通電極形成工程
次に、複数のセルストリング21が互いに並列接続されるように共通電極23を取り付け、本実施形態の薄膜太陽電池モジュール1の作製を完了する。
4.RB電流測定試験
以下のように、セルストリング21の幅を変えて、RB電流(光起電力による電流の方向と逆方向に5Vから8Vの電圧をかけた時の電流である。)の測定を行った。なお、RB電流が大きいほどリーク電流が流れやすい。この試験では、50mA以上のRB電流が流れる太陽電池セルをリーク電流が流れる基準とした。まず、図1、図2、図3を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプル(但し、並列分割ライン25及び共通電極23は無し、また第3光電変換層は形成していない。)を表1の材料で作成した。サンプルの直列段数(各セルストリングに含まれる太陽電池セルの数)は、100段とした。なお、基板はセルストリングを分割した方向の幅が1400mmのものを用い、セルストリングを分割した方向の両側には10mmの光電変換層を形成していない領域を形成した。
Figure 0004637244
次に、各セルストリングが表2に示すセルストリングの幅(この順)になるように、並列分割ラインを形成した。作製されたサンプルの各太陽電池セルについてRB電流(逆方向に5Vの電圧をかけた時の電流である。)の測定及びI−V測定を行った。表2は、作成したサンプルをこの順番で分割した各セルストリングの幅(mm)、すべてのセルストリングの幅の和を100%としたときの各セルストリングの幅(%)、各セルストリングに含まれるRB電流が50mA以上の太陽電池セルの個数を示した表である。また、図10は、各セルストリングの中心部の位置とRB電流が50mA以上の太陽電池セルの個数の関係を示したグラフである。なお、図10の横軸は、基板上に第1光電変換層などが形成された領域のセルストリングを分割した方向の位置(mm)を示しており、一方の端を0としている。また、各セルストリングの中心部の位置とは、この方向の中心部の位置とした。また、グラフの上辺には、すべてのセルストリングの幅の和を100%としたときのセルストリングの位置(%)を示している。また、表2より、図10の位置355〜1025mmの範囲(表2の左から6、7番目のセルストリング)は、RB電流が50mA以上の太陽電池セルの個数は0であるが、当該セルストリング内で直列接続された各セルのRB電流の絶対値はいずれも0.05mA/cm2以下であった。
Figure 0004637244
表2及び図10を見ると、セルモジュールに含まれる中心付近のセルストリングでは、RB電流が50mA以上の太陽電池セルがないのに対し、セルモジュールの端に近づくにつれRB電流が50mA以上の太陽電池セルの個数は、多くなることがわかった。特に端から幅が5、50、100mmのセルストリングではRB電流が50mA以上の太陽電池セルが特に多いことがわかった。また、セルモジュールの両端20%程度の位置より外側でRB電流50mAの太陽電池セルの個数が増え始め、セルモジュールの両端10%程度の位置より外側ではさらにRB電流50mAの太陽電池セルの個数が増加することが明らかになった。
また、355〜1025mmの範囲では、上記のようにRB電流50mAの太陽電池セルの個数が少ないため、リーク電流も少ないと考えられる。また、この範囲では、後に記載するホットスポット耐性試験において、セルストリングの出力電力が大きくても膜剥離などは生じなかった。
また、第1光電変換層の膜厚分布も調べた。膜厚分布測定の結果を図11に示す。図11は、作成したサンプルのセルストリングを分割した方向の各位置における第1光電変換層の膜厚分布を示したグラフである。なお、図11の横軸は、基板上に第1光電変換層などが形成された領域のセルストリングを分割した方向の位置(mm)を示しており、一方の端を0としている。また、グラフの上辺には、すべてのセルストリングの幅の和を100%としたときのセルストリングの位置(%)を示している。
膜厚分布測定から、中心部分では膜厚は安定しているが、端に近づくと膜厚は薄くなることが分かった。
セルモジュールの端に近づくほどRB電流50mA以上の太陽電池セルの個数が増加する理由については、明らかではないが、第1光電変換層の膜厚が、10%程度薄くなっている位置とRB電流50mA以上の太陽電池セルの個数が増加する位置が一致しているため、これに起因している可能性が示唆される。
5.セルホットスポット耐性試験
以下の方法でセルホットスポット耐性試験を行った。
まず、図1、図2、図3を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプル(但し、並列分割ライン25及び共通電極23は無し)を表3の材料で数多く作成した。各サンプルの直列段数は、30段とした。
Figure 0004637244
作製した各サンプルについてRB電流(逆方向に5Vから8Vの電圧をかけた時の電流である。印加する電圧は、RB電流が表4の値になるように適宜変化させた。)の測定及びI−V測定を行った。
次に、上記サンプルの中から、RB電流が互いに異なるサンプルを抽出した。抽出したサンプルを並列分割することにより、評価対象のセルストリング21の出力を5〜50Wにした。
次に、セルストリング21中の面積が最小の太陽電池セル27について、ホットスポット耐性試験を行い、剥離面積10%未満を合格ラインとして、合否判定した。ホットスポット耐性試験は、IEC61646 1stEDITIONに準拠した方法で行った。
剥離面積は、基板2側からサンプル表面を撮影し、得られた画像のコントラストを大きくして白黒の画像を得て、この画像中の白部分の面積の割合を算出した。膜剥離が起こった部分は、通常、輝度が大きくなるので、上記方法で得られた白部分の面積の割合は、膜剥離が起こった部分の面積(剥離面積)の割合に対応する。
得られた結果を表4に示す。表4は、セルストリング21の出力又はRB電流が互いに異なる54種類のサンプルについて剥離面積の測定を行った結果である。なお、横線で示したサンプルは剥離面積が10%を超えていた。
Figure 0004637244
表4を参照すると、セルストリング21の出力が同じであっても、RB電流が非常に小さいもの(0.019mA/cm2)及び非常に大きいもの(6.44mA/cm2)のどちらの場合でも膜剥離が起こりにくく、RB電流が中程度の大きさのもの(0.31〜2.06mA/cm2)の場合に膜剥離が起こりやすいことが分かった。
また、セルストリングの出力が30W以下である場合には、RB電流の値によらず、剥離面積を10%以下に抑えることができることが分かった。
6.逆方向過電流耐性試験
次に、以下の方法で逆方向過電流耐性試験を行った。
まず、図1、図2、図3を用いて説明した上記実施形態の薄膜太陽電池モジュールと同様の構成を有するサンプルを表3の材料で作製した。各サンプルの直列段数は、30段とした。
次に、作製したサンプルに過電流を逆方向(ここでいう逆方向は太陽電池が光を受けて電流が流れる方向とは逆という意味であり、光が照射されていない時の太陽電池をダイオードとみた場合は順方向である。)に流したときにコンタクトライン17が損傷したかどうか調べることによって逆方向過電流耐性試験を行った。
ここで流す電流値はIEC61730の規定に準ずると、耐過電流仕様値の1.35倍を流す必要がある。今回は、70Vで5.5A流した。
ここで、1つのセルモジュールに対して上記条件で電流を流すと、各並列セルストリングに対して均等に分割された電流が流れると考えがちだが、実際は、ストリング毎に抵抗値が異なるため、特定のセルストリングに集中して電流が流れることがある。この状態をワーストケースと想定し、セルストリング1つに70V×5.5A=385Wが印加されたときに問題が無いようにしなければならない。そこで、1本のセルストリング21に70V×5.5A=385Wの電力を印加して試験を行った。
試験は、コンタクトライン17の断面の長さL又は幅Wが互いに異なる20種類のサンプルを作製して行った。コンタクトライン17が損傷したかどうかは、目視で判定した。コンタクトライン17に沿って半楕円状に裏面電極11の変色または剥離が生じた場合に、コンタクトライン17が損傷したと判断した。得られた結果を表5に示す。
Figure 0004637244
表5によると、コンタクトライン17の断面の幅Wが20μm及び40μmである場合には、それぞれ、コンタクトライン17の断面の長さLを18cm以上及び9cm以上にすることによってコンタクトライン17の損傷を防ぐことができることが分かった。言い換えると、コンタクトライン17の断面積Scを20μm×18cm又は40μm×9cm=0.036cm2以上にすればいいことが分かった
さらに、セルストリング21に印加した電力が385Wであることから、(セルストリング21に印加した電力)/(コンタクトライン17の面積Sc)≒10.7kW/cm2となり、コンタクトライン17に印加される電力密度が10.7kW/cm2以下である場合に、コンタクトライン17の損傷を防ぐことができることが分かった。
ただし、表2に示した両端よりの18%以内の前記セルストリングは、RB試験の結果より、セル内に十分大きなリークパスが存在しており、電流がコンタクトラインに集中せず分散されるため、コンタクトラインで消費される電力が少ない。このような場合は、上記関係を満たさなくてもコンタクトラインの損傷が抑えられる。
1:薄膜太陽電池モジュール 1a:セルモジュール 2:基板 3:表面電極 5:第1光電変換層 7:第2光電変換層 9:第3光電変換層 11:裏面電極
5a:p型半導体層 5b:バッファ層 5c:i型非晶質層 5d:n型半導体層
7a:p型半導体層 7b:バッファ層 7c:i型非晶質層 7d:n型半導体層
9a:p型半導体層 9b:i型微結晶層 9d:n型半導体層
13:表面電極分割ライン 17:コンタクトライン 21:セルストリング 23:共通電極 25:並列分割ライン 27:太陽電池セル 29:裏面電極分割ライン 31:ブロッキングダイオード
101:成膜室 102:カソード電極 103:アノード電極 105:インピーダンス整合回路 106a:電力導入線 106b:電力導入線 107:基板 108:電力供給部 110:ガス導入部 116:ガス排気部 117:圧力調整用バルブ 118:ガス 119:ガス排気口 150:薄膜太陽電池アレイ
201:基板 202:セルストリング 203:太陽電池セル 204:共通電極 210:薄膜太陽電池モジュール
251:表面電極 253:光電変換層 255:裏面電極 258:原材料の粉

Claims (11)

  1. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する3つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記3つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、他の前記セルストリングより狭い幅を有し、かつ、5mm以上255mm以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を100%としたとき0.36%以上18%以下の幅を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  2. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する5つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記5つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、前記5つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングより狭い幅を有し、
    前記5つ以上のセルストリングの両端のうち少なくとも一方から2つの前記セルストリングは、11mm以上255mm以下の幅の和又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を100%としたとき0.71%以上18%以下の幅の和を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  3. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する7つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記7つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、前記7つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングより狭い幅を有し、
    前記7つ以上のセルストリングの両端のうち少なくとも一方から3つの前記セルストリングは、17mm以上255mm以下の幅の和又は前記セルモジュールに含まれる全てのセルストリングの幅の和を100%としたとき1.07%以上18%以下の幅の和を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  4. 前記セルストリングは、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下の出力が30W以下である請求項1〜のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  5. 前記セルストリングのうち両端のセルストリング以外の各セルストリングは、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をP(W)、該セルストリングの出力をPs(W)、該セルストリングに含まれるコンタクトラインの断面積をSc(cm2)としたとき、(P−Ps)/Scが10.7(kW/cm2)以下である請求項1〜のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  6. 基板と、
    それぞれが一定の幅を有する3つ以上のセルストリングを含むセルモジュールとを備え、各セルストリングは、前記基板上に表面電極、光電変換層及び裏面電極がこの順に重ねられ該表面電極と該裏面電極がコンタクトラインを介して接続されることにより直列接続された、前記セルストリングの幅と同じ幅を有する複数の太陽電池セルを備え、
    前記セルストリングは、前記太陽電池セルが直列接続された方向の長さが同じであり、かつ前記基板上に、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向に並べて設けられかつ各セルストリングで発生した電流が互いに流入可能なように電気的に接続され、
    前記3つ以上のセルストリングのうち両端の前記セルストリングは、5mm以上255mm以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を100%としたとき0.36%以上18%以下の幅を有し、
    前記3つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングは、前記両端の前記セルストリングより広い幅を有することを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
  7. 前記3つ以上のセルストリングのうち中央の前記セルストリングは、670mm以下の幅又は前記セルモジュールに含まれる全ての前記セルストリングの幅の和を100%としたとき50%以下の幅を有する請求項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  8. 各セルストリングは、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下における、前記セルモジュールの出力をP(W)、該セルストリングの出力をPs(W)、該セルストリングに含まれるコンタクトラインの断面積をSc(cm2)としたとき、(P−Ps)/Scが10.7(kW/cm2)以下である請求項6または7に記載の薄膜太陽電池モジュール。
  9. 前記表面電極は、Snを含む酸化物からなる透明導電膜からなり、
    前記裏面電極は、透明導電膜と金属膜の積層構造からなる請求項1〜のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  10. 前記セルモジュールは、光源:キセノンランプ、放射照度:100mW/cm2、AM1.5、温度:25℃という条件下において90W以上385W以下の出力を有する請求項1〜のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
  11. 前記セルモジュールは、前記太陽電池セルが直列接続された方向に対して垂直な方向において500mm以上3000mm以下の幅を有する請求項1〜10のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池モジュール。
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