JPH06151908A

JPH06151908A - 太陽電池の欠陥封止方法

Info

Publication number: JPH06151908A
Application number: JP4296118A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Murakami; 勉村上; Takashi Midorikawa; 敬史緑川; Hirobumi Ichinose; 博文一ノ瀬; Takahiro Mori; 隆弘森; Soichiro Kawakami; 総一郎川上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、量産性が良く、安定した管理が可
能な太陽電池の欠陥封止方法を提供することを目的とす
る。【構成】太陽電池の欠陥部分に選択的に電着樹脂を堆
積し、欠陥部分を絶縁化する太陽電池の欠陥封止方法で
あって、前記電着樹脂を電流の増加速度が１０ｍＡ／ｃ
ｍ²／秒以下となるように電圧を掃引して電着堆積する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信頼性の高い太陽電池
の欠陥封止方法に係わる。より詳しくは、太陽電池の製
造工程で発生する、ショートやシャントを修復し、初期
特性が高く信頼性の高い太陽電池を製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である太陽電池は、電卓、腕時計など民生機器
用の電源として広く応用されており、また、石油、石炭
などのいわゆる化石燃料の代替用電力として実用化可能
な技術として注目されている。

【０００３】太陽電池は半導体のｐｎ接合部に発生する
拡散電位を利用した技術であり、シリコンなどの半導体
が太陽光を吸収して電子と正孔の光キャリヤーが生成
し、該光キャリヤーをｐｎ接合部の拡散電位により生じ
た内部電界でドリフトさせ、外部に取り出すものであ
る。

【０００４】太陽電池の製造は、ほぼ、半導体素子の製
造と同様なプロセスが用いられる。具体的には、ＣＺ法
などの結晶成長法によりｐ型、あるいはｎ型に価電子制
御したシリコンの単結晶を作製し、該単結晶をスライス
して約３００μｍの厚みのシリコンウエハーを作る。さ
らに前記ウエハーの導電型と反対の導電型となるように
価電子制御剤を拡散などの適当な手段により、異種の導
電型の層を形成することでｐｎ接合を作るものである。

【０００５】しかし、このように太陽電池の製造方法は
半導体素子製造と同様なプロセスを用いるため、生産コ
ストは高く既存の発電方法に比べて割高になってしまう
という問題がある。このような事情から太陽電池の電力
用としての実用化を進めるに当たって、低コスト化が重
要な技術的課題であり、様々な検討がなされている。材
料的にも、より低コストの材料、より変換効率の高い材
料などの材料の探求が行なわれており、アモルファスシ
リコン、アモルフアスシリコンゲルマニウム、アモルフ
ァスシリコンカーバイドなどのテトラヘドラル系のアモ
ルファス半導体や、ＣｄＳ，Ｃｕ₂ＳなどのＩＩ−ＶＩ
族やＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族の化合
物半導体等が好ましい材料として挙げられる。とりわ
け、アモルファス半導体を用いた薄膜太陽電池は、単結
晶太陽電池に比較して大面積の膜が作製できることや、
膜厚が薄くて済むこと、任意の基板材料に堆積できるこ
となどの長所があり有望視されている。

【０００６】アモルファスシリコン太陽電池の構造は例
えば、基板と反対側から光入射する場合は、基板上に下
部電極を設け、その上に薄膜のｐ層、ｉ層、ｎ層からな
る半導体接合を積層し、さらに、上部電極を設ける構造
となっている。さらに、集電の為グリッド電極やバスバ
ーが設けられる。また、アモルファスシリコンは結晶シ
リコンや多結晶シリコンに比較して膜質が劣るため変換
効率が低い事が問題であるが、この問題を解決するため
に半導体接合を２以上の直列に積層するいわゆるタンデ
ムセルも検討されている。

【０００７】ところで、前述した太陽電池を例えば一般
家庭の電力供給用として用いる場合には約３ＫＷの出力
が必要となる。変換効率１０％の太陽電池を用いた場合
では３０ｍ²と、大面積の太陽電池が必要となる。しか
しながら、太陽電池の製造工程上、大面積にわたって欠
陥のない太陽電池を作製することは困難であり、例えば
多結晶では粒界部分に低抵抗な部分が生じてしまった
り、アモルファスシリコンのような薄膜太陽電池におい
ては、半導体層の成膜時にダストの影響などによりピン
ホールや欠陥が生じ、シャントやショートの原因とな
り、これらのシャントやショートは変換効率を著しく低
下させることが知られている。

【０００８】ピンホールや欠陥ができる原因とその影響
についてさらに詳しく述べると、例えばステンレス基板
上に堆積したアモルファスシリコン太陽電池の場合で
は、基板表面は完全に平滑な面とは言えず傷やへこみ、
あるいはスパイク状の突起が存在することや、基板上に
光を乱反射する目的で凹凸のあるバックリフレクターを
設けたりするため、ｐ、ｎ層のように数１００Åの厚み
の薄膜の半導体層がこのような表面を完全にカバー出来
無いことや、あるいは別の原因として成膜時のごみなど
によりピンホールが生じることなどが挙げられる。太陽
電池の下部電極と上部電極との間の半導体がピンホール
により失われて、下部電極と上部電極とが直接接触した
り、基板のスパイク状欠陥が上部電極と接触したり、あ
るいは半導体層が完全に失われないまでも低抵抗なシャ
ントまたはショートとなると、光によって発生した電流
が上部電極を平行に流れてシャントまたはショート部の
低抵抗部分に流れ込むこととなり発生した電流を損失し
てしまう。このような電流損失があると太陽電池の開放
電圧が下がることになる。とりわけ、光強度が低い場合
は、光によって発生する電流とシャントによるリーク電
流との大きさがあまり変わらないため、開放電圧の低下
は顕著になる。アモルファスシリコン太陽電池において
は一般的に半導体自体のシート抵抗は高いため半導体全
面にわたり透明な上部電極を必要とし、通常、Ｓｎ
Ｏ₂、ＩＴＯのような導電性の反射防止膜を設ける。こ
のため微少な欠陥に於いても上部電極を通して欠陥に流
れ込む電流はかなり大きなものとなる。さらに、欠陥部
分がグリッド電極やバスバーの下にあるときは欠陥によ
り損失する電流はより一層大きなものとなってしまう。

【０００９】一方、ピンホール状の欠陥による欠陥部分
では、半導体層で発生した電荷が該欠陥部分にリークす
るばかりではなく、水分との相互作用によりイオン性の
物質が生成するので、太陽電池の使用時に、使用時間の
経過と共に次第に欠陥部分の電気抵抗が低下し、変換効
率などの特性が劣化する現象が見られる。

【００１０】以上のようにショートが生じている場合に
はその場所の上部電極を除去するかまたは絶縁化するこ
とにより電流損失を小さくすることができる。シャント
またはショート部の上部電極を選択的に除去する方法と
して、例えば、米国特許４，７２９，９７０号公報に開
示されるいわゆるパッシベーション法がある。この方法
は、ＡｌＣｌ₃，ＺｎＣｌ₂，ＳｎＣｌ₄，ＳｎＣｌ₂，Ｔ
ｉＣｌ₄等のルイス酸の溶液中に太陽電池と対向電極と
を浸漬し、電圧を印加して上部電極である透明導電性酸
化物電極の化学量論比を変えることによって高抵抗にす
る方法である。しかしながら、以上のように上部電極を
高抵抗化した場合でもグリッドを設けたときにシャント
部にグリッド電極が形成されると再びショートが生じて
しまうという問題がある。この対策としては、欠陥部分
のみを選択的に絶縁性材料、又は実質的にシャントまた
はショートを防ぐために充分な高抵抗を有する材料で覆
うことにより、透明電極やグリッド電極あるいはバスバ
ーとの接触抵抗を高める方法が挙げられ、変換効率減少
を防ぐ有効な手段として注目されている。太陽電池の欠
陥部分のみを選択的に絶縁する具体的方法としては、例
えば米国特許第４，１９７，１４１号公報に開示される
ように、多結晶太陽電池を電解質溶液中に浸漬し、電界
を印加して、多結晶の結晶粒界や格子不整合に基づく欠
陥部を酸化したり、あるいは、欠陥部に絶縁物を堆積し
たりあるいは欠陥部をエッチングする方法がある。しか
しながら、該発明によれば絶縁物を選択的に堆積すると
いう概念はあるが、アルミニウム、クロム、銅などの金
属の酸化物を堆積するという内容であり、有機高分子材
料の堆積については述べられていない。また、開示され
た実施例は、ガリウム砒素太陽電池の欠陥部を陽極酸化
するという例であり、シリコン太陽電池などについて同
様の技術が利用できるかどうかは開示されていない。

【００１１】これに対し、米国特許第４，４５１，９７
０号公報に開示されるように、太陽電池の欠陥部を検出
器によって検知し、その後、検出された欠陥部に絶縁材
料をアプリケータで塗布する方法がある。しかしなが
ら、この方法は、欠陥部の検出器とアプリケータとはと
もにかなり大きな装置となってしまい、実際の欠陥の大
きさよりも大きい範囲でしか検出できず、また絶縁化も
不要な部分まで行われ、かつ、高く盛り上がってしまう
ためグリッド電極が印刷できないという問題が生じる。
更に、基板もしくはアプリケーターを掃引する必要があ
るため、処理速度が遅いという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】かかる状況に鑑み、本
発明は、量産性が良く、安定した管理が可能な太陽電池
の欠陥封止方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池の欠陥
封止方法は、太陽電池の欠陥部分に選択的に電着樹脂を
堆積し、欠陥部分を絶縁化する太陽電池の欠陥封止方法
であって、前記電着樹脂を電流の増加速度が１０ｍＡ／
ｃｍ²／秒以下となるように電圧を掃引して電着堆積す
ることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明は、太陽電池に存在する欠陥により形成
される低抵抗部分を選択的に絶縁する方法に於いて、再
現性良く且つ生産工程での管理が容易な欠陥封止方法に
ついて本発明者らの実験により得た知見をさらに詳細に
検討を加えて完成したものであり、その骨子は、太陽電
池を電着塗料中に浸漬し、電圧を印加する際に電着樹脂
が欠陥部分のみに均一に堆積するように、流れる電流の
増加速度を制御することである。電流の制御方法として
は、例えば電圧を低電圧から高電圧に掃引する事で可能
となり、電流の増加速度は１０ｍＡ／ｃｍ²／秒以下と
する。電流の増加速度を１０ｍＡ／ｃｍ²／秒以下で電
着することにより、欠陥部への電着が完全に行われ、か
つ欠陥部への電着の選択性が大きく向上する。その結
果、低抵抗部分の電気抵抗が十分に高くなり、半導体層
で発生した電荷が欠陥部分にリークすることを防止し、
光電変換素子の変換効率などの太陽電池特性を大幅に向
上させることができる。

【００１５】また、本発明の方法で作製した太陽電池
は、欠陥部分を電着塗料で絶縁するため、欠陥部分への
水分の浸透や吸着が強く抑制され、実使用に際して起こ
る使用時間の経過と共に太陽電池特性が劣化する現象も
大幅に改善される。更に、上部電極の上にグリッド電極
を設ける構成の太陽電池の場合には、欠陥部分が電気絶
縁性樹脂で覆われているので、欠陥部分とグリッド電極
とが直接電気的に接続されることによるシャントも防止
することができる。

【００１６】以下に、本発明の太陽電池の欠陥封止方法
について説明する。

【００１７】本発明の太陽電池の欠陥封止方法を用いた
太陽電池の構成例を図１〜図５に模式的に示す。

【００１８】図１は基板と反対側から光入射するアモル
ファスシリコン太陽電池、図２は図１の太陽電池をトリ
プル構造とした太陽電池、図３はガラス基板上に堆積し
たアモルファスシリコン等の薄膜の太陽電池でガラス基
板側から光入射される。図４は結晶系太陽電池、図５は
薄膜多結晶の太陽電池、図６は図１、図２及び図５の構
成の太陽電池を光入射側から見た図である。図に於いて
１００は太陽電池本体、１０１は基板、１０２は下部電
極、１０３はｎ層、１０４はｉ層、１０５はｐ層、１０
６は上部電極、１０７はグリッド電極、１０８はバスバ
ー、１０９は欠陥部分、１１０は電着樹脂を示す。

【００１９】基板１０１はアモルファスシリコンのよう
な薄膜の太陽電池の場合の半導体層１０３，１０４，１
０５を機械的に支持する部材であり、また場合によって
は電極として用いられる。

【００２０】下部電極１０２は、半導体層１０３，１０
４，１０５で発生した電力を取り出すための一方の電極
であり、半導体層１０３に対してはオーミックコンタク
トとなるような仕事関数を持つことが要求される。具体
的な材料としては、金属単体又は合金、及び透明導電性
酸化物（ＴＣＯ）等が用いられる。下部電極１０２の表
面は平滑であることが好ましいが、光の乱反射を起こさ
せる場合にはテクスチャー化しても良い。また、基板１
０１が導電性であるときは下部電極１０２は特に設ける
必要はない。下部電極１０２の作製方法はメッキ、蒸
着、スパッタ等の公知の方法が好適に用いられる。

【００２１】本発明に用いられる太陽電池の半導体層と
しては、ｐｉｎ接合非晶質シリコン、ｐｎ接合多結晶シ
リコン、ＣｕＩｎＳｅ₂／ＣｄＳなどの化合物半導体が
挙げられる。半導体層１０３，１０４，１０５及び下部
電極１０２、上部電極１０６、グリッド電極１０７、バ
スバー１０８等の形成方法は大略公知の方法により作製
される。

【００２２】アモルファスシリコン半導体層の成膜方法
としては、蒸着法、スパッタ法、ＲＦプラズマＣＶＤ
法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ
法、ＬＰＣＶＤ法等公知の方法を所望に応じて用いる。
工業的に採用されている方法としては、原料ガスをプラ
ズマで分解し、基板状に堆積させるＲＦプラズマＣＶＤ
法が好んで用いられる。さらに、ＲＦプラズマＣＶＤに
比べ、原料ガスの分解効率が高く、堆積速度が速いマイ
クロ波プラズマＣＶＤ法も用いることができる。多結晶
シリコンの場合は、溶融シリコンのシート化により、Ｃ
ｕＩｎＳｅ₂／ＣｄＳの場合、電子ビーム蒸着、スパッ
タリング、電解液の電気分解による析出などの方法で形
成される。

【００２３】以上の成膜装置としては、バッチ式の装置
や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。

【００２４】上部電極１０６は、半導体層１０３，１０
４，１０５で発生した起電力を取り出すための電極であ
り、下部電極１０２と対をなすものである。上部電極１
０６はアモルファスシリコンのようにシート抵抗が高い
半導体の場合に必要であり、結晶系の太陽電池ではシー
ト抵抗が低いため特に必要としない。また、上部電極１
０６は、光入射側に位置するため、透明であることが必
要で、透明電極とも呼ばれる。上部電極の作製方法とし
ては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパッ
タリング法、スプレー法等を用いることができ所望に応
じて適宜選択される。

【００２５】グリッド電極１０７は半導体層１０３，１
０４，１０５で発生した起電力を取り出すための電極で
あり集電電極と呼ばれる。グリッド電極１０７は半導体
層１０５あるいは上部電極１０６のシート抵抗の大きさ
から好適な配置が決定されるがほぼ串状に形成され、光
の入射をできるだけ妨げないように設計される。

【００２６】グリッド電極は比抵抗が低く太陽電池の直
列抵抗とならないことが要求され、好ましい比抵抗とし
ては１０^-2Ωｃｍ〜１０^-5Ωｃｍである。グリッド電極
の材料としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｇ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ等の金属材料、及びＡｇ、Ｐｔ、Ｃ
ｕ、Ｃ等の金属またはこれらの合金の粉末にポリマーの
バインダー、バインダーの溶剤を適度な比率で混合し、
ペースト状としたいわゆる導電性ペーストが用いられ
る。

【００２７】グリッド電極１０７の形成方法としては、
マスクパターンを用いたスパッタリング、抵抗加熱、Ｃ
ＶＤの蒸着方法、あるいは全面に金属層を蒸着した後に
エッチングしてパターニングする方法、光ＣＶＤにより
直接グリッド電極パターンを形成する方法、グリッド電
極パターンのネガパターンのマスクを形成した後にメッ
キにより形成する方法、導電性ペーストをスクリーン印
刷して形成する方法などがある。前記スクリーン印刷法
はポリエステルやステンレスで出来たメッシュに所望の
パターニングを施したスクリーンを用いて導電性ペ−ス
トを印刷インキとして用いるものであり電極幅として
は、最小で５０μｍ位とする事ができる。印刷機は市販
のスクリーン印刷機が好適に用いられる。スクリーン印
刷した導電性ペーストはバインダーを架橋させるためと
溶剤を揮発させるために乾燥炉で加熱する。

【００２８】バスバー１０８は、グリッド電極１０７を
流れる電流を更に一端に集めるための電極である。電極
材料としてはＡｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、等の金属やＣまたはこ
れらの合金からなるものを用いることができ、形態とし
てはワイヤー状、箔状のものを張り付けたりグリッド電
極１０７と同様に導電性ペーストを用いても良い。箔状
のものとしては例えば銅箔や、或いは銅箔にスズメッキ
したもので、場合によっては接着剤付きのものが用いら
れる。バスバー１０８の形成方法としては、金属ワイヤ
ーを導電性接着剤で固定したり、銅箔を張り付けたりあ
るいは、グリッド電極１０７と同様に形成しても良い。

【００２９】電着樹脂１１０は半導体層のピンホール、
多結晶半導体の粒界、基板１０１及び下部電極１０２な
どのスパイク状欠陥その他の原因によって発生したショ
ートあるいはシャント等による欠陥部分１０９を絶縁す
るために用いられ、さらには、耐湿性を向上させる機能
を合わせ持っている。太陽電池のシャント抵抗は理想的
には無限大であるが、１ＫΩｃｍ²以上が好ましく、１
ＫΩｃｍ²以上のシャント抵抗であれば太陽電池の変換
効率には影響がない。

【００３０】電着樹脂は欠陥部分に直接堆積しているこ
とが必要であり、半導体層１０５の上に堆積させるが、
電着の工程としては半導体層１０５の形成直後に電着を
行う必要はなく、上部電極１０６を形成後に電着を行っ
ても良い。

【００３１】堆積した電着膜については、太陽電池の製
造方法によっては、電着後に溶剤を用いたり熱処理を行
うような工程がある場合はこれらの処理によって影響さ
れないことが要求される。また、太陽電池の欠陥部分
は、それ自体発電に寄与しない部分であるが、選択的に
電着膜の堆積が行われた場合に於いても、欠陥部分の実
質的な面積に比較して広い面積に堆積すると考えられる
ため、正常な部分の光入射を妨げないように電着塗料は
光透過性の材料であることが望ましい。また、太陽電池
として屋外で使用する場合を考え、耐候性が良く、熱、
湿度及び光に対する安定性が要求される。また、太陽電
池の使用時に於いて、場合によっては、太陽電池が曲げ
られたり衝撃が与えられるため、機械的な強度及び剥離
強度を合わせ持つ必要がある。また、電着した塗膜の膜
厚としては、電気的絶縁性と、耐湿性が保たれ、かつ、
光透過性を損なわれないことが好ましいことから樹脂の
種類により適宜選択されるが代表的には０．５μｍから
５０μｍ位が適当である。

【００３２】次に、欠陥部の電着方法について述べる。

【００３３】欠陥部分に選択的に電着樹脂を堆積する工
程は、例えば図７に示した電着装置を用い、欠陥部分を
有する太陽電池２０４、２０５と対向電極２０３とを電
着塗料中に浸漬し、太陽電池と対向電極２０３との間に
電圧を印加して欠陥部分に電着樹脂を堆積することによ
り行われる。太陽電池に電圧を印加する場合には導電性
基板２０４あるいは下部電極に印加すれば良い。

【００３４】対向電極の材質としては、電着塗料中で腐
食されないことが要求され、耐食性のある白金、炭素、
ニッケル、ステンレスなどが好適に用いられる。また、
対向電極の面積は、太陽電池の面積に対して一定の比率
とする事が電着を均一にするために必要であり、いわゆ
る極比としては、太陽電池面積と対向電極面積との比は
１／２から２／１の範囲であることが好ましい。また、
太陽電池と対向電極との極間距離は電着の均一性を保つ
ために重要な因子であるが、電着塗料の電導度や印加す
る電圧などの諸条件により好適な範囲があり一般的には
１０ｍｍから１００ｍｍが望ましい。電着膜が太陽電池
の欠陥部分のみに選択的に堆積するために、基板などの
導電性部分を電着塗料中にさらすことは好ましくなくこ
のため、太陽電池の光入射側の裏面となる導電性基板２
０４表面を、プラスチックフィルムやゴム磁石などの絶
縁性被覆材で覆うことが望ましい。また、太陽電池に光
照射されると欠陥部分以外の正常部分では光起電力によ
り低抵抗化するため欠陥部分の抵抗値と正常部分の抵抗
値の相対比が小さくなり選択性が低くなってしまう。従
って、必要に応じて暗中で電着する事で所望の選択性が
達成できるようになる。

【００３５】電着は、一般に定電圧法または定電流法が
用いられるが、本発明においては電着工程中の電流増加
速度を１０ｍＡ／ｃｍ²／秒以下とする。太陽電池に印
加する電圧は、ネルンストの式で定義される電極電位か
ら計算される水素発生電位以上の電圧、具体的には、水
の理論分解電圧に過電圧を加えた値である２ボルト以上
の電圧が必要となる。さらに、電着塗料の電導度や太陽
電池に印加する電圧の極性が逆バイアスである場合と順
バイアスである場合とでは好ましい印加電圧の範囲は異
なるためそれぞれの太陽電池の構成、面積及び、電着塗
料の電導度などの物性、印加電圧の極性など種々の点か
ら好適な電圧範囲が決定されるが、およそ２Ｖから２０
０Ｖの範囲である。また、印加した電圧の一部は太陽電
池にも印加されることになるため、前記太陽電池に対し
て逆バイアスとなるような極性の場合には、前記太陽電
池がブレークダウンしない範囲の電圧でなければならな
い。一方、前記太陽電池に対して順バイアスとなるよう
な極性の場合には太陽電池の順方向電流が流れるため選
択性が劣ることになり、この点を考慮して選択性を損な
わない電圧としなければならない。

【００３６】電着の電流密度は、太陽電池のシャントの
程度にもよるが綴密な電着膜を形成するために、０．１
から１０Ａ／ｄｍ²が好ましい範囲である。

【００３７】ところで、定電圧法の場合、電着の初期は
欠陥部分が低抵抗であるため電着の速度が速く大きな電
流が流れるが、その後は堆積した電着膜が高抵抗である
為電流は著しく減少する。このような電流の大きな変動
は生産においては条件の安定性にかけ、採用しがたいも
のである。一方、この問題を解決するため定電流法を用
いた場合には、電流は常に一定であるため、電着膜の堆
積速度は一定でありこの点では電着膜は緻密なものが形
成される。しかしながら電圧は徐々に上昇するため、例
えば太陽電池に逆バイアスが印加されるような極性の場
合は電圧をブレークダウンの電圧以下になるように制御
する必要がある。この点も生産上は問題となる。本発明
の太陽電池の欠陥封止方法においては、電着中に流れる
電流や電圧の急激な上昇や下降がないため、上述のよう
な問題が生じない。具体的には、電圧を徐々に上げて行
き一定の電圧で保持する方法が用いられる。

【００３８】電着の終点の決定方法としては、時間によ
る方法、クーロン量による方法等が可能である。電着膜
は高抵抗であるため、一定の膜厚になるとその部分には
成膜がなされないため、太陽電池の構成によっては欠陥
部分の堆積がなされたときに電着が自動的に終了し、電
流が流れなくなることも可能である。しかしながら、前
記太陽電池に対して順方向バイアスを印加するような場
合は電着初期には選択性があっても時間の経過とともに
正常部分にも堆積が起こるため、前述したように、時間
やクーロン量による電着終点の管理が必要となる。

【００３９】電着塗料２０２は、電着樹脂を所定の濃
度、溶媒に分散し、所定の電導度に調整したものが用い
られる。

【００４０】電着樹脂は、絶縁性、耐湿性を有するもの
であり、骨格樹脂は、アクリル樹脂、ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、メラミ
ン樹脂、ブタジエン樹脂等の中から所望に応じて適宜選
択される。また、これらの樹脂を溶かし電気泳動を行わ
せるために溶液中で電離が起こるような官能基を導入す
ることが必要であり、該官能基としてはカルボキシル
基、アミノ基などがある。電着塗料は官能基の極性によ
りカチオン系とアニオン系とに分類できる。それぞれ、
太陽電池に印加する極性が異なるので、太陽電池の所望
の極性に応じて適宜選べば良い。さらに加熱により電着
樹脂を硬化させるためにはメラミン架橋、炭素−炭素二
重結合、ウレタン結合などを利用するためこれらの架橋
反応が起こるような官能基を骨格樹脂または側鎖に適宜
導入する。電着樹脂は、太陽電池の欠陥部分以外には成
膜されないことが必要であり、このためには電着後に不
要な塗料が洗浄され易いことが要求され、このためには
最低造膜温度（ＭＦＴ）は５０℃以上が望ましい。

【００４１】これらの電着樹脂は均一な成膜を行うため
に溶液中では沈澱せずに安定に懸濁する事が重要であ
る。このためには、樹脂は適当な大きさのコロイド粒子
となっていることが望ましい。コロイド粒子の粒径は、
１０ｎｍから１００ｎｍ位の範囲であることが望まし
く、また、粒径は単分散であることが望ましい。前記コ
ロイド粒子を構成する骨格樹脂の好適な分子量としては
重量平均分子量が１０００〜２００００程度である。耐
光性、耐熱佳、耐湿性、欠陥部分の選択性などの向上の
ために電着樹脂に無機顔料、セラミックス、ガラスフリ
ット、微粒子ポリマーなどのフィラーを分散することも
可能であり所望に応じ適宜選択して用いる。太陽電池の
欠陥部分を選択的に、かつ、有効に絶縁するためには単
位電気量あたりの電着膜重量が大きい方が好ましい。こ
のためには電着塗料のクーロン効率は１０ｍｇ／Ｃ以上
であることが好ましい。電着塗料の溶剤としては、透明
導電性酸化物、半導体層及び下部電極などの太陽電池構
成材料を容易には溶解しない濃度の酸またはアルカリを
含む溶液、又はそれらの金属塩を含む溶液を用いる。な
お、該金属塩としては、該塩を構成する金属が、その標
準電極電位が負で、水素過電圧の値が標準電極電位の絶
対値よりも小さい塩が用いられる。電着塗料は脱イオン
水により希釈して用いられるが、成膜性の良好な範囲と
しては、固形分が１％から２５％位の範囲が良い。ま
た、電着液の電導度は樹脂が安定に懸濁し、電気泳動が
起こり易く、しかも所望の欠陥部分に堆積が起こり易い
ように、１００μＳ／ｃｍから２０００μＳ／ｃｍの範
囲であることが望ましい。

【００４２】本発明の太陽電池の欠陥封止方法の望まし
い態様は欠陥部に電着を行う方法のみならず、パッシベ
ーションにより低抵抗部分の上部電極を除去してから電
着する方法、潜在的欠陥を顕在化するためのフォーミン
グ工程を経た後、前記顕在化した欠陥部分の上部電極を
除去して電着する方法も含まれる。

【００４３】さらに、電着は上部電極形成後に行われて
も良く、また上部電極形成前に行われても良く、太陽電
池の構成により適宜選択される。後者の方法の場合、前
者の方法に比ベて、バッシペーションが不要であるため
作製工程数が少なくて済む。一方、真空プロセスで半導
体成膜をした後ウェットプロセスの電着を行いさらに真
空プロセスで上部電極を形成するために水分を充分乾燥
させる必要がある。

【００４４】以上の説明に於いては太陽電池はカットシ
ート状であり、電着のプロセスは枚葉処理であったが、
必要に応じてロールツーロールで行うことも可能であ
る。ロールツーロール処理に適する装置を図８に示す。
図８に於いて３１０は基板、３０１は基板送り出しロー
ラー、３０２は基板巻き取りローラー、３０３は電解
槽、３０４は洗浄槽、３０５は乾燥炉、３０６は電源、
３０７はマスクフィルム送り出しロ−ラー、３０８はマ
スクフィルム巻き取りローラー、３０９はマスクフィル
ム、３１１は対向電極、３１２は導電性ローラーを示
す。

【００４５】この図に於ける好ましい実施態様例として
は、太陽電池はステンレス基板状に堆積されたｎｉｐ型
アモルファスシリコンであり、光入射側にＩＴＯの上部
電極が形成されている。太陽電池基板３１０は送り出し
ロール３０１から送り出され電解槽３０３に浸漬され、
洗浄槽３０４、乾燥炉３０５を通過した後巻き取りロー
ル３０２に巻き取られる。電解槽３０３に浸漬する前に
マスクフィルム送り出しローラー３０７から太陽電池裏
面マスク用のフィルム３０９が送り出されて太陽電池基
板３１０の裏面と張り合わせられる。電着が完了した後
は再び剥離され洗浄乾燥後、巻き取りローラー３０８に
巻き取られる。太陽電池基板３１０と接する導電性ロー
ラー３１２と電解槽３０３内に浸漬された対向電極３１
１の間に電源３０６の電圧が印加される。

【００４６】以上のように作製された太陽電池は、屋外
使用の際、耐候性をより一層良くし機械的強度を保つた
めに公知の方法でエンカプシュレーションをしてモジュ
ール化される。具体的にはエンカプシュレーション用材
料としては、接着層については、太陽電池との接着性、
耐候性、緩衝効果の点でＥＶＡ（エチレンビニールアセ
テート）が好適に用いられる。また、さらに耐湿性や耐
傷性を向上させるために、表面保護層としては弗素系の
樹脂が積層される。弗素系の樹脂としては、例えば４フ
ッ化エチレンの重合体ＴＦＥ（デュポン製テフロンな
ど）、４フッ化エチレンとエチレンの共重合体ＥＴＦＥ
（デュポン製テフゼルなど）、ポリフッ化ビニル（デュ
ポン製テドラーなど）、ポリクロロフルオロエチレンＣ
ＴＦＥ（ダイキン工業製ネオフロン）等が挙げられる。
またこれらの樹脂に紫外線吸収剤を加えることで耐候性
を向上させても良い。エンカプシュレーションの方法と
しては、例えば真空ラミネーターのような市販の装置を
用いて、太陽電池基板と前記樹脂フィルムとを真空中で
加熱圧着する方法が望ましい。

【００４７】

【実施例】以下、実施例をあげて、本発明の太陽電池の
欠陥封止方法を更に詳しく説明するが、本発明はこれら
の実施例により限定されるものではない。

【００４８】（実施例１）図１に示す層構成の太陽電池
１００を以下のようにして作製した。まず、十分に脱
脂、洗浄を行ったＳＵＳ４３０ＢＡ製基板（３０ｃｍ×
３０ｃｍ、厚み０．２ｍｍ）１０１を不図示のＤＣスパ
ッタ装置に入れＣｒを２０００Å堆積し、下部電極１０
２を形成した。基板１０１を取り出し、不図示のＲＦプ
ラズマＣＶＤ成膜装置に入れｎ層１０３、ｉ層１０４、
ｐ層１０５の順で堆積を行った。その後、不図示の抵抗
加熱の蒸着装置に入れて、酸素を導入しながら１×１０
^-4Ｔｏｒｒの内圧に保ち、ＩｎとＳｎの合金を抵抗加熱
により蒸着し、反射防止効果を有する透明なＩＴＯの上
部電極１０６を７００Å堆積した。

【００４９】次に、基板１０１の裏面側をプラスチック
製の絶縁性フィルムで覆い電着時に基板１０１の裏面に
電着が施されないようにして図７の電解槽２０１に浸漬
した。対向電極２０３として、極比が１：１となるよう
に３０ｃｍ×３０ｃｍの大きさで、前記基板１０１に対
して裏側をプラスチック製の絶縁性フィルムを用いてシ
ールしたＳＵＳ３０４ステンレス板を用いた。電着塗料
２０２は固形分１０％のアクリル系アニオン電着塗料を
用いた。基板２０４にプラスの電圧を０Ｖから１０Ｖま
で１５秒間で掃引し１０Ｖに達した後６０秒まで保持し
て電着を行った。この時の電圧・時間曲線及び電流一時
間曲線を図９に示した。図に示されるように電流値の増
加速度は１０ｍＡ／ｃｍ²／秒以下であり、電流値が電
着時間内で急激に変化しないことがわかる。

【００５０】次に、基板２０４を電解槽２０１から引き
上げ、純水で十分に洗浄を行い、未反応の電着塗料を洗
い流し、５０℃のオーブンに投入し、３０分放置して水
分を乾燥させた。その後、オーブンの温度を１０℃／分
の速度で昇温し、１８０℃に達してから３０分保持し電
着樹脂の硬化を行った。この試料をＮｏ．１−１とし
た。

【００５１】その後、試料Ｎｏ．１−１をオーブンから
取り出し、冷却後一部を切り出して走査型電子顕微鏡で
観察したところ上部電極１０６の表面には、約５μｍ〜
５０μｍの径の半球状の堆積物１１０が点在して観察さ
れた。この部分の赤外吸収を、顕微機能付きＦＴＩＲを
用いて分析したところ、カルボニル基の吸収があり電着
塗料が堆積していることが確認された。さらに、この試
料のＯＢＩＣ像を観察したところ、電着塗料の堆積部分
のみが発電せず、従って、堆積膜はシャント部分にのみ
堆積していることが確認された。さらに、電着樹脂の堆
積した面積はシャント部分の面積の１０倍以下であり不
要な部分への電着膜の堆積はほとんど無かった。

【００５２】次に試料Ｎｏ．１−１にマスクフイルムを
張り付けた後、塩化第２鉄と塩酸のエッチャントでＩＴ
Ｏをエッチングし、１ｃｍ²の大きさのサブセルを等間
隔で１００個形成した。その後不図示のＥＢ蒸着器に投
入し、前記サブセル上に１ｃｍ²の大きさのクロム電極
を形成した。上述のようにして形成したサブセルに逆バ
イアスを印加して太陽電池の逆バイアス耐圧を測定した
結果を図１０に示した。図に於いて縦軸は任意目盛りと
した。前記逆バイアス耐圧が低い場合はシャントし易い
部分が残っていることを示していると考えられる。図１
０では逆バイアス耐圧が−１０Ｖ程度であり、電着の工
程によって低抵抗部分が絶縁化され良好な耐圧特性とな
っていることを示している。

【００５３】次に、比較のため、電着を定電圧で行った
以外は上述した方法とほぼ同様にして太陽電池の欠陥封
止を行った。

【００５４】上述した方法と同様にして基板１０１上に
上部電極１０６までを形成し、次に、電圧を１０Ｖに保
持し、６０秒間の電着を行った。この時の電圧―時間曲
線及び電流−時間曲線を図１１に示した。図に示される
ように電流は電着初期に急激に流れ、その後急激に減少
した。初期の電流の増加速度は１０ｍＡ／ｃｍ²／秒以
上であった。その後、上述と同様にしてサブセルに分離
してクロム電極を形成した。

【００５５】さらに逆バイアスを印加して逆バイアス耐
圧を測定した。結果を図１２に示す。図１０と図１２と
の比較から明らかなように、電着時の電流値の増加速度
１０ｍＡ／ｃｍ²／秒以下とすることにより、太陽電池
の逆バイアス耐圧が高くなり、低抵抗部分が有効に絶縁
されていることが分かった。

【００５６】次に、図９に示した電圧掃引法で図１の太
陽電池を１０枚作製し、その後、基板１０１を不図示の
スクリーン印刷機に設置し、幅１００μｍ長さ８ｃｍの
グリッド電極１０８を間隔１ｃｍで印刷した。このとき
導電性ペーストは、Ａｇフイラー７０部、ポリエステル
バインダー３０部（体積比）、溶剤として酢酸エチルを
２０部含む組成のものを用いた。印刷後、基板１０１を
オーブンに入れて１５０℃で３０分間保持し、導電性ペ
ーストをキュアした。さらに、幅５ｍｍの接着剤付き銅
箔のバスバー１０９を接着し、図６に示す３０ｃｍ角の
シングルセルを作製した。

【００５７】次に、これら試料のエンカプシュレーショ
ンを以下のように行った。基板１０１の上下にＥＶＡを
積層しさらにその上下にフッ素樹脂フィルムＥＴＦＥ
（エチレンテトラフルオロエチレン）（デュポン製テフ
ゼル）を積層した後、真空ラミネーターに投入して１５
０℃で６０分間保持し、真空ラミネーションを行った。
これらの試料をＮｏ．１−２〜Ｎｏ．１−１１とした。

【００５８】次に、比較のため、電着を行わない太陽電
池を以下のようにして作製した。

【００５９】まず、基板１０１上に上部電極１０６まで
を形成した。次に、上述と同様にしてグリッド電極１０
７を印刷した。さらに接着剤付きの銅箔をバスバー１０
８として積層し、図６に示す３０ｃｍ角のシングルセル
を１０枚作製した。

【００６０】次にこの試料のエンカプシュレーションを
上述と同様に行った。得られた試料をＲ．１−１から
Ｒ．１−１０とした。

【００６１】以上の試料Ｎｏ．１−２からＮｏ．１−１
１及び比較試料Ｒ．１−１からＲ．１−１０の初期特性
を以下のようにして測定した。

【００６２】まず、試料の暗状態での電圧電流特性を測
定し、原点付近の傾きからシャント抵抗を求めた。次
に、ＡＭ１．５グローバルの太陽光スペクトルで１００
ｍＷ／ｃｍ²の光量の疑似太陽光源（以下シミュレータ
と呼ぶ）を用いて太陽電池特性を測定し、変換効率を求
めた。この結果を図１３及び図１４に示した。試料Ｎ
ｏ．１−１１からＮｏ．１−２０は比較試料Ｒ．１−１
からＲ．１−１０に比べて平均値が高くばらつきも小さ
いことがわかる。

【００６３】これらの試料の信頼性試験を、日本工業規
格Ｃ８９１７の結晶系太陽電池モジュールの環境試験方
法及び耐久試験方法に定められた温湿度サイクル試験Ａ
−２に基づいて行った。

【００６４】まず、試料を温湿度が制御できる恒温恒湿
器に投入し、−４０℃から＋８５℃（相対湿度８５％）
に変化させるサイクル試験を１０回繰り返し行った。次
に、試験終了後の試料を初期と同様にシミュレータを用
い太陽電池特性を測定した。結果を図１３及び図１４に
示した。図に示されるように、本実施例の試料は初期変
換効率、シャント抵抗ともに比較試料より良好な特性で
あった。

【００６５】本実施例の結果から本発明の太陽電池の欠
陥封止方法を用いて作製した太陽電池は歩留まりが良く
良好な特性で有り、信頼性も良いことがわかる。

【００６６】（実施例２）太陽電池の構成を図２のトル
プル型太陽電池とした以外はほぼ実施例１と同様の方法
で以下のようにして太陽電池を作製した。

【００６７】まず、基板１０１上にテクスチャー構造の
ＡｌＳｉ層とシャント防止用の高抵抗透明導電性部材と
してのＺｎＯ層とからなる下部電極１０２を形成し、そ
の後、不図示のマイクロ波プラズマＣＶＤ成膜装置に入
れｎ層１０３、ｉ層１０４、ｐ層１０５の順で堆積を行
いボトム層を形成した。この時ｉ層１０４はａ−ＳｉＧ
ｅとした。次にｎ層１１３、ｉ層１１４、ｐ層１１５の
順で堆積を行いミドル層を形成した。ｉ層１１４はボト
ム層と同様にａ−ＳｉＧｅとした。次にｎ層１２３、ｉ
層１２４、ｐ層１２５の順で堆積を行いトップ層を形成
した。ｉ層１２４はａ−Ｓｉとした。次に実施例１と同
様に、反射防止効果を有する透明な上部電極１０６を７
００Å堆積した。上部電極１０６としてＩｎ₂Ｏ₃（Ｉ
Ｏ）を用いた。

【００６８】次に、図７の電解槽２０１でフッ素系アニ
オン電着塗料２０２を用いて電着処理を施した。電着時
の電圧一時間の波形と電流・時間の曲線を図１５に示
す。図に示すように本実施例では電圧を３０秒間で１０
Ｖまで上げその後０Ｖまで３０秒間で下げた。その後電
着液を洗浄し、硬化を行った。グリッド電極１０７を印
刷し、さらにバスバー１０８を積層し、図６に示す３０
ｃｍ角のトリプルセルを作製した。同様にして１０枚の
試料を作製した。

【００６９】さらに、この試料のエンカプシュレーショ
ンを実施例１と同様に行った。得られた試料をＮｏ．２
−１からＮｏ．２−１０とした。

【００７０】比較のため電着を行わない以外は上述した
方法と同様にして作製し、得られた試料を比較試料Ｒ．
２−１からＲ．２−１０とした。

【００７１】試料Ｎｏ．２−１からＮｏ．２−１０の初
期特性を比較試料Ｒ．２−１からＲ．２−１０と比較し
て図１６及び図１７に示した。

【００７２】次にこの試料の信頼性試験を実施例１と同
様に行い結果を図１６及び図１７に示した。

【００７３】図から明らかなように、本発明の欠陥封止
方法を用いることで初期特性が良好で信頼性の高い太陽
電池が製造できることが示された。

【００７４】（実施例３）電着塗料をカチオン電着塗料
とした以外はほぼ実施例１と同様の方法で図１の太陽電
池を以下のようにして作製した。まず、不図示の成膜装
置を用いて上部電極１０６までを形成した。

【００７５】次に、図７の電解槽２０１でエポキシ系カ
チオン電着塗料２０２を用いて電着処理を施した。電着
時の電圧−時間の波形と電流−時間の曲線を図１８に示
した。図に示すように電圧の掃引方法は台形型とした。
電着終了後洗浄し、硬化を行った。グリッド電極１０７
を印刷し、さらにバスバー１０８を積層し、図６に示す
３０ｃｍ角のトリプルセルを作製した。同様にして１０
枚の試料を作製した。

【００７６】さらに、この試料のエンカプシュレーショ
ンを実施例１と同様に行った。得られた試料をＮｏ．３
−１からＮｏ．３−１０とした。

【００７７】比較のため電着を行なわない試料を実施例
１と同様に作製して得られた試料を比較試料Ｒ．３−１
からＲ．３−１０とした。

【００７８】試料Ｎｏ．３−１からＮｏ．３−１０の初
期特性を比較試料Ｒ．３−１からＲ．３−１０と比較し
て図１９及び図２０に示した。

【００７９】次にこの試料の信頼性試験を実施例１と同
様にして結果を図１９及び図２０に示した。図に示すよ
うに本発明の欠陥封止方法で初期特性が良好で信頼性の
高い太陽電池が製造できることが示された。

【００８０】（実施例４）次に電着をｐ層１０５の形成
後に行う以外は実施例１とほぼ同様にして図１の構成の
太陽電池１００を以下のようにして作製した。

【００８１】実施例１と同様にＳＵＳ４３０ＢＡ製基板
１０１上に下部電極１０２を形成し、不図示のＲＦプラ
ズマＣＶＤ成膜装置でｎ層１０３、ｉ層１０４、ｐ層１
０５の順で堆積を行った。

【００８２】次に、実施例１と同様に前記記基板１０１
の裏面側をプラスチック製の絶縁性フィルムで覆い、図
７の電解槽２０１に浸漬した。スチレン系アニオン電着
塗料２０２を用いて電着処理を施した。この時の電圧−
時間の波形と電流−時間の曲線を図２１に示した。本発
明では電圧は三角波とした。その後、実施例１と同様
に、反射防止効果を兼ねた機能を有する透明な上部電極
１０６、グリッド電極１０７とバスバー１０８を積層
し、図６に示す３０ｃｍ角のシングルセルを作製した。
同様にして１０枚の試料を作製した。

【００８３】さらに、この試料のエンカプシュレーショ
ンを実施例１と同様に行った。得られた試料をＮｏ．４
−１からＮｏ．４−１０とした。

【００８４】比較のため電着を行なわない試料を上述と
同様に作製して得られた試料を比較試料Ｒ．４−１から
Ｒ．４−１０とした。

【００８５】得られた試料の初期特性とシャント抵抗を
図２２、図２３に示した。

【００８６】次にこの試料の耐久特性を実施例１と同様
に評価し結果を図２２、図２３に示した。

【００８７】本実施例の結果から本発明の太陽電池の欠
陥封止方法を用いて作製した本発明の太陽電池は歩留ま
りが良く良好な特性で有り、耐久性も良いことがわか
る。

【００８８】

【発明の効果】太陽電池を電着塗料中に浸潰し、電流の
増加速度が１０ｍＡ／ｃｍ²／秒以下となるように電圧
を掃引して印加することにより、欠陥部分に選択的に電
着樹脂を堆積し、欠陥部分の絶縁化を行うことが可能と
なる。

【００８９】即ち、本発明の太陽電池の欠陥封止方法に
より、管理の容易な欠陥封止が可能となり、歩留まりが
良く信頼性が高い太陽電池を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の構成を示す模式図である。

【図２】本発明の太陽電池の構成を示す模式図である。

【図３】本発明の太陽電池の構成を示す模式図である。

【図４】本発明の太陽電池の構成を示す模式図である。

【図５】本発明の太陽電池の構成を示す模式図である。

【図６】本発明の太陽電池の構成を示す模式図である。

【図７】枚葉式電着装置を示す模式図である。

【図８】ロールツーロール式電着装置を示す模式図であ
る。

【図９】電着時の電圧−時間、電流−時間曲線を示す図
である。

【図１０】本発明の欠陥封止法で作製した太陽電池のブ
レークダウン電圧の分布を示すグラフである。

【図１１】従来例の電着時の電圧−時間、電流−時間曲
線を示すグラフである。

【図１２】従来例の欠陥封止法により作製した太陽電池
のブレークダウン電圧の分布を示すグラフである。

【図１３】初期及び信頼性試験後の変換効率を示す図で
ある。

【図１４】初期及び信頼性試験後のシャント抵抗を示す
図である

【図１５】電着時の電圧−時間、電流−時間曲線を示す
図である。

【図１６】初期及び信頼性試験後の変換効率を示す図で
ある。

【図１７】初期及び信頼性試験後のシャント抵抗を示す
図である

【図１８】電着時の電圧−時間、電流−時間曲線を示す
図である。

【図１９】初期及び信頼性試験後の変換効率を示す図で
ある。

【図２０】初期及び信頼性試験後のシャント抵抗を示す
図である

【図２１】電着時の電圧−時間、電流−時間曲線を示す
図である。

【図２２】初期及び信頼性試験後の変換効率を示す図で
ある。

【図２３】初期及び信頼性試験後のシャント抵抗を示す
図である

【符号の説明】

１００太陽電池本体１０１基板１０２下部電極１０３、１１３、１２３ｎ層１０４、１１４、１２４ｉ層１０５、１１５、１２５ｐ層１０６上部電極１０７グリッド電極１０８バスバー１０９欠陥部分１１０電着膜２０１電解槽２０２電解液２０３対向電極２０４基板２０５半導体層２０６電源２０７導線３０１基板送り出しローラー３０２基板巻き取りローラー３０３電解槽３０４洗浄槽３０５乾燥炉３０６電源３０７マスクフィルム送り出しローラー３０８マスクフィルム巻き取りローラー３０９マスクフイルム３１０基板３１１対向電極３１２導電性ローラー。

フロントページの続き (72)発明者森隆弘東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者川上総一郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池の欠陥部分に選択的に電着樹脂
を堆積し、欠陥部分を絶縁化する太陽電池の欠陥封止方
法であって、前記電着樹脂を電流の増加速度が１０ｍＡ
／ｃｍ²／秒以下となるように電圧を掃引して電着堆積
することを特徴とする太陽電池の欠陥封止方法。