太陽電池モジュールおよびその製造方法
【課題】 ぎらつきなどの外観不良を防止するために発生する従来の各種の問題を解決し、ぎらつき等のない外観に優れた薄膜系の太陽電池モジュールおよびそれを簡易かつ安価に製造する方法を提供する。
【解決手段】 ガラス基板１０と、ガラス基板１０の光入射面と異なる面上に形成された光半導体素子とを備える。ガラス基板１０は、光入射面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなる。光半導体素子は、透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層５が順次積層されてなる。
【解決手段】 ガラス基板１０と、ガラス基板１０の光入射面と異なる面上に形成された光半導体素子とを備える。ガラス基板１０は、光入射面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなる。光半導体素子は、透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層５が順次積層されてなる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものであり、特に、太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＯ2 の増加や資源の枯渇といった環境問題に対応して、新エネルギが注目され、中でも太陽光発電が有望視されている。その中心となる太陽電池モジュールには、結晶系と薄膜系のモジュールがある。
【０００３】結晶系の太陽電池モジュールは、小面積の結晶板（ウエハ）をモジュールの大きさのガラス板（カバーガラス）の上に２０〜３０枚配置し、配線して、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）などの充填材、およびテドラ（Ｔｅｄｌｅｒ）（登録商標）などの裏面保護フィルムを用いて封止保護して構成される。
【０００４】また、薄膜系の太陽電池モジュール（基板一体型太陽電池モジュール）は、モジュールの大きさのガラス板の上に直接、透明電極層、薄膜半導体層、および裏面電極層を順次形成し、レーザスクライブ等のパターニング手段により各層を分離し、接続して、所望の電圧、電流を得ている。封止保護については、結晶系の太陽電池モジュールと同様の充填剤および表面保護フィルムが用いられる。このように構成される薄膜系の太陽電池モジュールは、発電に寄与する層が薄い点、構造材料が１枚で済む点、および配線が簡略な点で、結晶系の太陽電池モジュールよりもコスト面では優れている。
【０００５】一方、太陽電池モジュールの設置についての最近の状況をみると、太陽光発電のように遠隔地で大量の太陽電池モジュールを並べて使用することはほとんどなく、住宅の屋根の上に設置したり、屋根の機能を兼ねる形としての屋根一体型太陽電池モジュールとして設置されることが極めて多い。また、昨今、太陽電池モジュールを屋根の上に設置して、住宅で消費する電力を賄うとともに、余剰電力を電力会社に売却する、いわゆる系統連継システムの普及によって、戸建て住宅を対象とした太陽光発電システムが増加している。このようなシステムにおいては、太陽電池モジュールを住宅の屋根に設置することを前提としているため、建物自体や周辺の住宅との美観が重要になる。こうした場合、太陽電池モジュールの表面が鏡のようになり、太陽光が反射され、「眩しさ」や「ぎらつき」などの問題が近隣の住民や通行人から指摘されるケースが考えられる。また、屋根の材料として用いる場合に、風景や空がモジュール表面に映り込み、外観上高級感が損なわれているとの指摘を建築設計者の間から受けていた。
【０００６】このような問題について、以下のような工夫が行なわれている。たとえば、結晶系の太陽電池モジュールにおいては、カバーガラスに型板ガラスを用いることにより、カバーガラス表面で光の乱反射や拡散を起こすことが提案されている。実際、このような目的に使用するためのカバーガラスとして、専用の型板ガラスが、米国ＡＦＧ社（AFG Industries Inc. ）より「Ｓｕｎａｄｅｘ」、「Ｓｏｌｉｔｅ」、「Ｓｏｌａｔｅｘ」などの商品名で販売されている。また、１９８２年の第１６回IEEE Photovoltaic Specialists Conference（議事録ｐ．８２８〜ｐ．８３３）には、これらの型板ガラスが屋根瓦式太陽電池モジュールに利用されたことが、ＧＥ社（General Electric Company）により開示されている。
【０００７】一方、薄膜系の太陽電池モジュールにおいては、小さな面積のサブモジュールを結晶系の太陽電池モジュールと同様な構造で封止して、そのカバーガラスに上述の専用型板ガラスを用いることが検討されている。また、たとえば特開平６−４５６２８号公報には、完成した太陽電池モジュールの表面に、ビーズを混入した光を拡散する樹脂を塗布することが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、薄膜系の太陽電池モジュールの場合、上述した方法では、製造工程が通常の場合と比較して複雑となるため、前述したコスト面での薄膜系太陽電池モジュールのメリットがなくなってしまうという問題がある。
【０００９】また、カバーガラスとして型板ガラスを張りつける方法においては、重量の増加、張りつけるための接着樹脂の耐光性の問題、太陽電池へ到達する光量の低下による光電変換特性の低下などの問題が起きてしまう。さらに、モジュール表面に樹脂を塗布する方法においては、樹脂の耐候性の問題が発生してしまう。
【００１０】本発明の目的は、上述したぎらつき等の外観不良を防止するために発生する従来の各種の問題を解決し、ぎらつき等のない外観に優れた薄膜系の太陽電池モジュールおよびそれを簡易かつ安価に製造する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による太陽電池モジュールは、第１および第２の面を有するガラス基板と、ガラス基板の第１の面上に形成された光半導体素子とを備え、ガラス基板は、光が入射される第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、光半導体素子は、第１電極層、光半導体層、および第２電極層が順次積層されてなる。
【００１２】請求項２の発明による太陽電池モジュールは、請求項１の発明の構成において、光半導体素子は、第１電極層、光半導体層、および第２電極層が複数の領域に分離され、ガラス基板の第２の面は、算術平均粗さＲａが５０μｍ〜５００μｍの範囲内にあり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある。
【００１３】請求項３の発明による太陽電池モジュールは、請求項１の発明の構成において、第１電極層、光半導体層、および第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、ガラス基板の第２の面は、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが５００μｍ以下である。
【００１４】請求項４の発明による太陽電池モジュールは、請求項３の発明の構成において、ガラス基板の第２の面は、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが１００μｍ以下である。
【００１５】請求項５の発明による太陽電池モジュールの製造方法は、ガラス基板の第１の面上に、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を順次積層する工程と、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を複数の領域に分離する工程とを備え、第１電極層、光半導体層、および第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、ガラス基板は、光が入射される第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、レーザパターニング工程の前に、ガラス基板の第２の面の少なくともレーザ照射される部分上に、屈折率が１．３〜１．７の透明材料を配置してレーザ照射される面を平滑にする工程をさらに備える。
【００１６】請求項６の発明による太陽電池モジュールの製造方法は、請求項５の発明の構成において、レーザパターニング工程の後、透明材料を除去する工程をさらに備える。
【００１７】請求項７の発明による太陽電池モジュールの製造方法は、請求項５または請求項６の発明の構成において、透明材料の屈折率が１．４５〜１．５５である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一例として、アモルファス半導体を含む太陽電池を１段縦方向に接続し、モジュール面内で集積、接続されて構成される太陽電池モジュールについて説明する。
【００１９】図１は、本発明による第１実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００２０】図１を参照して、この太陽電池モジュールは、ガラス基板１０と、ガラス基板１０の光入射面と異なる面上に形成された透明電極層２と、透明電極層２上に形成された光半導体層３と、光半導体層３上に、反射促進層４を介在して形成された裏面電極層５とを備えている。
【００２１】透明電極層２としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、またはこれらの積層体であるＩＴＯ／ＳｎＯ2 等の光を透過し得る材料が用いられる。
【００２２】また、光半導体層３は、この実施の形態においては、ｐ型非晶質シリコン半導体層３１、ｉ型非晶質シリコン半導体層３２、およびｎ型非晶質シリコン半導体層３３が順次積層されて構成されている。なお、本発明において、光半導体層３は、このような構造に限定されるものではない。すなわち、光半導体層３としては、非晶質シリコンａ−Ｓｉ、水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質シリコンナイトライド等の他、シリコンと炭素、ゲルマニウム、錫などの他の元素との合金からなる非晶質シリコン系半導体の非晶質あるいは微結晶を、ｐｉｎ型、ｎｉｐ型、ｎｉ型、ｐｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキバリア型あるいはこれらを組合せた型などに合成した半導体層が用いられる。
【００２３】また、透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層５が順次積層されて構成される光半導体素子は、図１に示す領域Ｙの部分において、透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層５の少なくともいずれかの層に溝が形成されることにより、複数の領域Ｚに分離され、各領域Ｚは、互いに電気的に直列または並列に接続されている。
【００２４】ガラス基板の材料としては、青板ガラス、白板ガラス等のソーダライムガラスの他、パイレックス、低アルカリガラス等の少し高級なボロシリケート系ガラス等が用いられる。また、ガラス基板１０には、光入射面に凹凸形状が形成された型板ガラスが用いられている。具体的には、ガラス基板１０の光入射面の表面粗さは、算術平均粗さＲａが５０〜５００μｍの範囲内にあり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある。
【００２５】図１に示す構造を有する太陽電池モジュールにおいて、「ぎらつき」等の外観不良を防止するために十分な防眩効果を得るためには、ガラス基板１０の光入射面の表面粗さは、算術平均粗さＲａの値が好ましくは５０μｍ以上であり、より好ましくは１００μｍ以上であるとよい。また、凹凸の平均間隔Ｓｍの値は、好ましくは１０ｍｍ以下であり、より好ましくは３ｍｍ以下であるとよい。
【００２６】一方、後述するように、光半導体素子をレーザパターニング工程により複数の領域に分離することを考慮すると、ガラス基板１０の光入射面の表面粗さは、算術平均粗さＲａの値が好ましくは５００μｍ以下であり、より好ましくは１００μｍ以下であるとよい。また、凹凸の平均間隔Ｓｍの値は、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは１ｍｍ以上であるとよい。
【００２７】このように構成される薄膜系太陽電池モジュールによれば、所望の電圧、電流を得ることができる。
【００２８】次に、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図２〜図７は、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【００２９】まず、図２を参照して、光入射面に所定の凹凸形状が形成された型板ガラス１０の光入射面と異なる面の全面上に、透明電極層２を形成する。
【００３０】次に、図３を参照して、透明電極層２が形成されたガラス基板１０の所定の位置にレーザ光を照射して、透明電極層２の所定部分をガラス基板１０が露出されるまで除去することにより、透明電極層２を複数の領域に分離する。レーザ光は、矢印Ａに示すようにガラス基板１０の光入射面側から照射してもよいし、矢印Ｂに示すように光入射面と異なる光半導体素子形成面側から照射してもよい。
【００３１】次に、図４を参照して、透明電極層２、およびレーザ照射により露出されたガラス基板１０上に、ｐ型非晶質シリコン半導体層３１、ｉ型非晶質シリコン半導体層３２、およびｎ型非晶質シリコン半導体層３３を、順次積層する。この実施の形態においては、ｐ型非晶質シリコン半導体層３１、ｉ型非晶質シリコン半導体層３２、およびｎ型非晶質シリコン半導体層３３の３層により、光半導体層３が構成されている。
【００３２】次に、図５を参照して、透明電極層２および光半導体層３が形成されたガラス基板１０の所定の位置にレーザ光を照射して、光半導体層３の所定部分を透明電極層２が露出されるまで除去することにより、光半導体層３を複数の領域に分離する。レーザ光は、矢印Ａに示すようにガラス基板１０の光入射面側から照射してもよいし、矢印Ｂに示すように光入射面と異なる半導体素子形成面側から入射してもよい。
【００３３】次に、図６を参照して、光半導体層３、およびレーザ照射により露出された透明電極層２上に、反射促進層４を形成し、さらにその上に、裏面電極層５を形成する。なお、この実施の形態においては、光半導体層３と裏面電極層５との間に反射促進層４が介在されているが、光半導体層３上に直接裏面電極層５を形成してもよい。
【００３４】次に、図７を参照して、透明電極層２、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５が形成されたガラス基板１０の所定の位置にレーザ光を照射して、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５の所定部分を透明電極層２が露出されるまで除去することにより、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５を複数の領域に分離する。レーザ光は、矢印Ａに示すようにガラス基板１０の光入射面側から照射してもよいし、矢印Ｂに示すように光入射面と異なる光半導体素子形成面側から照射してもよい。
【００３５】なお、この実施の形態においては、レーザ照射により、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５を、透明電極層２が露出されるまで除去しているが、反射促進層４および裏面電極層５のみを光半導体層３が露出されるまで除去してもよい。
【００３６】続いて、透明電極層２および裏面電極層５に取出し電極を取付けた後、ガラス基板１０の光半導体素子形成面を、ＥＶＡ等の充填材、およびテドラ等の裏面保護フィルムを用いて封止、保護する。充填材としては、ＥＶＡの他、ポリビニルブチラール等を用いることもできる。これらのＥＶＡ（屈折率：１．４８２）、ポリビニルブチラール（屈折率：１．４８〜１．４９）等はともに、ガラス基板として用いられるソーダライムガラス（屈折率：１．５１〜１．５２）、ボロシリケート系ガラス（屈折率：１．４７）等との屈折率が近くなるように設計されている。
【００３７】このように封止して得られた太陽電池に、さらに端子ボックスおよびフレームを取付けることにより、第１実施形態の太陽電池モジュールが完成する。
【００３８】図８は、本発明による第２実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００３９】図８を参照して、この太陽電池モジュールは、ガラス基板２０の光入射面のうち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分を中心としてその周囲の１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域Ｘ内の算術平均粗さＲａが、５００μｍ以下となっている。一方、ガラス基板２０の光入射面の他の領域は、防眩効果を奏するように凹凸形状が形成されている。
【００４０】なお、この第２実施形態の太陽電池モジュールの他の構造は、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの構造と全く同様であるので、その説明は省略する。また、この第２実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は、図２〜図７に示した第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法と全く同様であるので、その説明も省略する。
【００４１】図９は、本発明による第３実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００４２】図９を参照して、この太陽電池モジュールは、ガラス基板３０の光入射面の算術平均粗さＲａが５００μｍより大きくなっている。
【００４３】なお、この第３実施形態の太陽電池モジュールの他の構造は、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの構造と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】次に、このように構成される第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００４５】図１０は、第３実施形態の太陽電池モジュールの製造における問題点を説明するための図である。
【００４６】図１０を参照して、この第３実施形態の太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板３０の光入射面の算術平均粗さＲａが、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールにおけるガラス基板１０の光入射面の算術平均粗さＲａよりも大きい。
【００４７】そのため、図２〜図７に示すようにレーザスクライブ等のレーザパターニング工程を施した場合に、ガラス基板の光入射面に形成された凹凸形状の部分において、照射したレーザ光の散乱が生じる。その結果、レーザ加工すべき部分の周辺に余分なレーザエネルギが照射されて、各層の変質や不必要な加工が生じたり、加工部分にレーザエネルギが集中せず、必要な加工ができなくなる等の問題が生じる。
【００４８】具体的には、図１０の矢印Ａに示すように、光入射面からレーザ光を照射した場合には、ガラス基板３０の凹凸形状が形成された光入射面に到達したレーザ光が矢印に示すように散乱し、種々の部分にレーザ光が照射される。その結果、加工すべき部分のレーザ加工が不十分となるとともに、光半導体層３および反射促進層４の一部に不必要な加工が施され、ピンホールやショート欠陥等の欠陥部７が生じてしまう。
【００４９】一方、図１０の矢印Ｂに示すように、光半導体素子形成面からレーザ光を照射した場合には、ガラス基板３０の凹凸形状が形成された光入射面に到達したレーザ光が矢印に示すように乱反射されて、加工すべき部分の周辺に照射される。その結果、光半導体層３の一部に不必要な加工が施され、ピンホールやショート欠陥等の欠陥部６が生じてしまう。
【００５０】図１１は、このような問題を解決し、レーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【００５１】図１１を参照して、この方法においては、レーザスクライブ等のレーザパターニング工程の際に、少なくともレーザ照射される部分に、レーザ照射面を平滑にするためのレベリング剤８１を塗布することにより、光の散乱を防止している。
【００５２】レベリング剤８１としては、ガラス基板として用いられるソーダライムガラス（屈折率：１．５１〜１．５２）やボロシリケート系ガラス（屈折率：１．４７）と屈折率の近い材料が用いられる。好ましくは、屈折率が１．３〜１．７、より好ましくは、屈折率が１．４５〜１．５５の材料が、レベリング剤として好ましく用いられる。たとえば、屈折率が１．４５〜１．５５の材料をレベリング剤として用いた場合には、レーザスクライブにより１００μｍ幅のパターニングを行なった場合にも、良好なエッジが得られる。
【００５３】また、レベリング剤としては、透明な液体、グリス状のもの、もしくは透明な樹脂状のものでレーザ加工前の塗布が容易なものが好ましく用いられる。レーザ加工後においては、レベリング剤をそのまま残す場合と除去する場合とがあり、安全性、工程の状況等に応じて下記の例に限定されず適宜選択される。また、レベリング剤は、レーザ加工される部分にのみ塗布してもよいし、レーザ加工後に除去する場合であればガラス基板の光入射面の全面に塗布してもよい。
【００５４】具体的に、固体の材料であり、レーザ加工後もそのまま残しておくレベリング材の例としては、酢酸ビニル樹脂（屈折率：１．４５〜１．４７）、ポリエチレン（屈折率：１．５１）、ポリエステル（屈折率：１．５２３〜１．５７）、メタクリル酸メチル樹脂（屈折率：１．４８８〜１．４９）、塩化ビニル樹脂（屈折率：１．５４〜１．５５）、ポリビニールアルコール（屈折率：１．４９〜１．５５）等が挙げられる。また、ＥＶＡ（屈折率：１．４８２）、ポリビニルブチラール（屈折率：１．４８〜１．４９）等の樹脂は、ガラス基板材料と屈折率が近くなるように設計され、従来より太陽電池モジュールの充填材としても用いられているため、容易に入手できる点で特に好ましく用いられる。
【００５５】一方、液体系の材料であり、レーザ加工後除去するレベリング剤の例としては、ｏ−キシレン（屈折率：１．５１）、グリセリン（屈折率：１．４８）、クロロベンゼン（屈折率：１．５２）、テトラクロロエチレン（屈折率：１．５１）、四塩化炭素（屈折率：１．４６１）、エチルベンゼン（屈折率：１．５）等が挙げられる。また、従来より結晶の屈折率を測定する手法である液浸法で用いられる液体の中で、屈折率が１．５に近いものとして、１，２−ジブロモプロパン（屈折率：１．５１６）やテレビン油と１，２−ジブロモエチレンの混合液（屈折率：１．４８〜１．５３５）等があり、これらもレベリング剤として適宜利用できる。さらに、水（屈折率：１．３３）は、取扱いが容易で安全性に優れているため、レベリング剤として特に好ましく用いられる。
【００５６】また、図１２は、レーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の他の例を説明するための断面図である。
【００５７】図１２を参照して、この方法においては、レーザスクライブ等のレーザパターニング工程の際に、ガラス基板３０を、蓋のない容器９２内に収容された水９１中に浸漬しながら、レーザ照射を行なっている。前述したように、水の屈折率はガラスの屈折率と大変近い。したがって、この方法によれば、図１１においてレベリング剤を塗布した場合と同様に、レーザ照射面が平滑となる。その結果、光の散乱が防止され、良好なパターニングを行なうことができる。
【００５８】
【実施例】
（実施例１）以下のように、図１に示す構造の太陽電池モジュールを作製した。
【００５９】ガラス基板１０として、型板加工した白板ガラス（フロートガラスで鉄イオンを除去したもの）を用いた。ガラス基板１０の光入射面には、算術平均粗さＲａが３００μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが１ｍｍの凹凸形状が形成されていた。ガラス基板１０のサイズは、４５０ｍｍ×９００ｍｍであり、モジュールの強度を維持するため厚みが４ｍｍであった。
【００６０】このガラス基板１０の凹凸形状が形成された光入射面と異なる面上に、図２に示すように、厚さ約７００ｎｍのＳｎＯ2 透明電極層２を形成した。形成されたＳｎＯ2 層２の表面は、２００ｎｍ程度の凹凸を有していた。
【００６１】次に、形成されたＳｎＯ2 透明電極層２を、図３に示すように、レーザスクライブにてパターン加工した。
【００６２】次に、図４に示すように、ＳｎＯ2 層２および露出されたガラス基板１０上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、光半導体層３を形成した。具体的には、ＳｉＨ4、Ｂ2 Ｈ6 およびＣＨ4 を分解してｐ型水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ層３１を、ＳｉＨ4 を分解してｉ型水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ層３２を、ＳｉＨ4 およびＰＨ3 を分解してｎ型水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ層３３を、順次積層して、光半導体層３を形成した。
【００６３】次に、形成された光半導体層３を、図５に示すように、レーザスクライブにてパターン加工した。
【００６４】続いて、図６に示すように、光半導体層および露出されたＳｉＯ2 透明電極層２上に、スパッタ法を用いて、ＺｎＯからなる反射促進層４と、高光反射金属としてＡｇからなる裏面電極層５とを積層した。
【００６５】次に、形成された反射促進層４および裏面電極層５を、図７に示すように、レーザスクライブにてパターン加工した。
【００６６】最後に、透明電極層２および裏面電極層５に取出し電極を接続した後、光半導体素子形成面をＥＶＡおよびテドラを用いて封止、保護し、端子ボックスおよびフレームを取付けた。
【００６７】このようにして、図１に示す構造を有する太陽電池モジュールが得られた。この太陽電池モジュールにおいて、レーザスクライブにより溝が形成された領域Ｙの長さは約３００μｍであり、複数に分離された光半導体素子の各領域Ｚの長さは約９ｍｍであった。
【００６８】レーザスクライブの際には、図３、５および７の矢印Ａに示すガラス基板１０の光入射面側からと、矢印Ｂに示す光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００６９】このようにして得られた太陽電池モジュールを屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００７０】（比較例１）ガラス基板として、通常の平面ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７１】図１３は、得られた太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００７２】図１３を参照して、この太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板４０の光入射面は、凹凸形状が形成されておらず、平滑であった。なお、他の構造については、図１に示す実施例１の太陽電池モジュールと全く同様であるので、その説明は省略する。
【００７３】このようにして得られた太陽電池モジュールを屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、鏡面状の反射による周囲の風景の映り込みがあり、建材として外観上不適当であった。
【００７４】（比較例２）ガラス基板として、光入射面に算術平均粗さＲａが６００μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが１ｍｍの凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７５】その結果、光半導体素子形成面側からレーザ光を照射した場合には、図１０に示すように、光の乱反射によってピンホールが生じ、ショート欠陥ができた。また、光入射面側からレーザ光を照射した場合にも、図１０に示すように、光の散乱によって所望の部分以外の部分が加工されてしまい、パターニングを良好に行なうことができなかった。
【００７６】（比較例３）ガラス基板として、光入射面に算術平均粗さＲａが２００μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．０５ｍｍの凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７７】その結果、光半導体素子形成面側からレーザ光を照射した場合には、図１０に示すように、光の乱反射によってピンホールが生じ、ショート欠陥ができた。また、光入射面側からレーザ光を照射した場合にも、図１０に示すように、光の散乱によって所望の部分以外の部分が加工されてしまい、パターニングを良好に行なうことができなかった。
【００７８】（実施例２）ガラス基板として、光入射面のうち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１０００μｍの対応する領域内の算術平均粗さＲａが５０μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが１ｍｍであり、光入射面の他の領域には光拡散による防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７９】レーザスクライブの際には、ガラス基板側からと光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００８０】また、このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００８１】（実施例３）ガラス基板として、光入射面のうち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１０００μｍの対応する領域が、通常の平面ガラスと同等に平滑なテクスチャを有しており、光入射面の他の領域には光拡散による防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００８２】レーザスクライブの際には、ガラス基板の光入射面側からと、光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００８３】このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００８４】（実施例４）ガラス基板として、比較例２で用いたのと同様の形状を有する型板ガラスを用い、図１１１１で説明した方法に従い、太陽電池モジュールを作製した。
【００８５】すなわち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１０００μｍの対応する領域上に、レベリング剤として、四塩化炭素を塗布した後、レーザスクライブ加工を行なった。レーザ加工後は、レベリング剤を除去した。
【００８６】レーザスクライブの際には、ガラス基板の光入射面側からと、光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００８７】このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００８８】（実施例５）ガラス基板として、比較例２で用いたのと同様の形状を有する型板ガラスを用い、図１２１２で説明した方法に従い、太陽電池モジュールを作製した。
【００８９】始めに、図１２に示すように、光入射面が上になるようにしてガラス基板３０を水９１中に浸漬しながら、矢印Ａに示すようにレーザ照射を行なった。次に、光入射面が下になるようにしてガラス基板３０を水９１中に浸漬しながらレーザ照射を行なった。このようにして、ガラス基板３０の光入射面側からと、光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００９０】このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００９１】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれば、従来ガラス基板として用いていた通常の平面ガラスに代えて、光入射面に所定の凹凸形状が形成された型板ガラスを用いる以外は、僅かな材料、工程の変更のみで、防眩対策のなされた薄膜系太陽電池モジュールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明による第２実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明による第３実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態の太陽電池モジュールの製造における問題点を説明するための図である。
【図１１】本発明によるレーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図１２】本発明によるレーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の他の例を説明するための断面図である。
【図１３】比較例の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 透明電極層
３ 光半導体層
４ 反射促進層
５ 裏面電極層
６、７ 欠陥部
１０、２０、３０、４０ ガラス基板
３１、３２、３３ 非晶質シリコン半導体層
８１ レベリング剤
９１ 水
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものであり、特に、太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＯ2 の増加や資源の枯渇といった環境問題に対応して、新エネルギが注目され、中でも太陽光発電が有望視されている。その中心となる太陽電池モジュールには、結晶系と薄膜系のモジュールがある。
【０００３】結晶系の太陽電池モジュールは、小面積の結晶板（ウエハ）をモジュールの大きさのガラス板（カバーガラス）の上に２０〜３０枚配置し、配線して、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）などの充填材、およびテドラ（Ｔｅｄｌｅｒ）（登録商標）などの裏面保護フィルムを用いて封止保護して構成される。
【０００４】また、薄膜系の太陽電池モジュール（基板一体型太陽電池モジュール）は、モジュールの大きさのガラス板の上に直接、透明電極層、薄膜半導体層、および裏面電極層を順次形成し、レーザスクライブ等のパターニング手段により各層を分離し、接続して、所望の電圧、電流を得ている。封止保護については、結晶系の太陽電池モジュールと同様の充填剤および表面保護フィルムが用いられる。このように構成される薄膜系の太陽電池モジュールは、発電に寄与する層が薄い点、構造材料が１枚で済む点、および配線が簡略な点で、結晶系の太陽電池モジュールよりもコスト面では優れている。
【０００５】一方、太陽電池モジュールの設置についての最近の状況をみると、太陽光発電のように遠隔地で大量の太陽電池モジュールを並べて使用することはほとんどなく、住宅の屋根の上に設置したり、屋根の機能を兼ねる形としての屋根一体型太陽電池モジュールとして設置されることが極めて多い。また、昨今、太陽電池モジュールを屋根の上に設置して、住宅で消費する電力を賄うとともに、余剰電力を電力会社に売却する、いわゆる系統連継システムの普及によって、戸建て住宅を対象とした太陽光発電システムが増加している。このようなシステムにおいては、太陽電池モジュールを住宅の屋根に設置することを前提としているため、建物自体や周辺の住宅との美観が重要になる。こうした場合、太陽電池モジュールの表面が鏡のようになり、太陽光が反射され、「眩しさ」や「ぎらつき」などの問題が近隣の住民や通行人から指摘されるケースが考えられる。また、屋根の材料として用いる場合に、風景や空がモジュール表面に映り込み、外観上高級感が損なわれているとの指摘を建築設計者の間から受けていた。
【０００６】このような問題について、以下のような工夫が行なわれている。たとえば、結晶系の太陽電池モジュールにおいては、カバーガラスに型板ガラスを用いることにより、カバーガラス表面で光の乱反射や拡散を起こすことが提案されている。実際、このような目的に使用するためのカバーガラスとして、専用の型板ガラスが、米国ＡＦＧ社（AFG Industries Inc. ）より「Ｓｕｎａｄｅｘ」、「Ｓｏｌｉｔｅ」、「Ｓｏｌａｔｅｘ」などの商品名で販売されている。また、１９８２年の第１６回IEEE Photovoltaic Specialists Conference（議事録ｐ．８２８〜ｐ．８３３）には、これらの型板ガラスが屋根瓦式太陽電池モジュールに利用されたことが、ＧＥ社（General Electric Company）により開示されている。
【０００７】一方、薄膜系の太陽電池モジュールにおいては、小さな面積のサブモジュールを結晶系の太陽電池モジュールと同様な構造で封止して、そのカバーガラスに上述の専用型板ガラスを用いることが検討されている。また、たとえば特開平６−４５６２８号公報には、完成した太陽電池モジュールの表面に、ビーズを混入した光を拡散する樹脂を塗布することが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、薄膜系の太陽電池モジュールの場合、上述した方法では、製造工程が通常の場合と比較して複雑となるため、前述したコスト面での薄膜系太陽電池モジュールのメリットがなくなってしまうという問題がある。
【０００９】また、カバーガラスとして型板ガラスを張りつける方法においては、重量の増加、張りつけるための接着樹脂の耐光性の問題、太陽電池へ到達する光量の低下による光電変換特性の低下などの問題が起きてしまう。さらに、モジュール表面に樹脂を塗布する方法においては、樹脂の耐候性の問題が発生してしまう。
【００１０】本発明の目的は、上述したぎらつき等の外観不良を防止するために発生する従来の各種の問題を解決し、ぎらつき等のない外観に優れた薄膜系の太陽電池モジュールおよびそれを簡易かつ安価に製造する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による太陽電池モジュールは、第１および第２の面を有するガラス基板と、ガラス基板の第１の面上に形成された光半導体素子とを備え、ガラス基板は、光が入射される第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、光半導体素子は、第１電極層、光半導体層、および第２電極層が順次積層されてなる。
【００１２】請求項２の発明による太陽電池モジュールは、請求項１の発明の構成において、光半導体素子は、第１電極層、光半導体層、および第２電極層が複数の領域に分離され、ガラス基板の第２の面は、算術平均粗さＲａが５０μｍ〜５００μｍの範囲内にあり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある。
【００１３】請求項３の発明による太陽電池モジュールは、請求項１の発明の構成において、第１電極層、光半導体層、および第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、ガラス基板の第２の面は、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが５００μｍ以下である。
【００１４】請求項４の発明による太陽電池モジュールは、請求項３の発明の構成において、ガラス基板の第２の面は、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが１００μｍ以下である。
【００１５】請求項５の発明による太陽電池モジュールの製造方法は、ガラス基板の第１の面上に、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を順次積層する工程と、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を複数の領域に分離する工程とを備え、第１電極層、光半導体層、および第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、ガラス基板は、光が入射される第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、レーザパターニング工程の前に、ガラス基板の第２の面の少なくともレーザ照射される部分上に、屈折率が１．３〜１．７の透明材料を配置してレーザ照射される面を平滑にする工程をさらに備える。
【００１６】請求項６の発明による太陽電池モジュールの製造方法は、請求項５の発明の構成において、レーザパターニング工程の後、透明材料を除去する工程をさらに備える。
【００１７】請求項７の発明による太陽電池モジュールの製造方法は、請求項５または請求項６の発明の構成において、透明材料の屈折率が１．４５〜１．５５である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一例として、アモルファス半導体を含む太陽電池を１段縦方向に接続し、モジュール面内で集積、接続されて構成される太陽電池モジュールについて説明する。
【００１９】図１は、本発明による第１実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００２０】図１を参照して、この太陽電池モジュールは、ガラス基板１０と、ガラス基板１０の光入射面と異なる面上に形成された透明電極層２と、透明電極層２上に形成された光半導体層３と、光半導体層３上に、反射促進層４を介在して形成された裏面電極層５とを備えている。
【００２１】透明電極層２としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、またはこれらの積層体であるＩＴＯ／ＳｎＯ2 等の光を透過し得る材料が用いられる。
【００２２】また、光半導体層３は、この実施の形態においては、ｐ型非晶質シリコン半導体層３１、ｉ型非晶質シリコン半導体層３２、およびｎ型非晶質シリコン半導体層３３が順次積層されて構成されている。なお、本発明において、光半導体層３は、このような構造に限定されるものではない。すなわち、光半導体層３としては、非晶質シリコンａ−Ｓｉ、水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質シリコンナイトライド等の他、シリコンと炭素、ゲルマニウム、錫などの他の元素との合金からなる非晶質シリコン系半導体の非晶質あるいは微結晶を、ｐｉｎ型、ｎｉｐ型、ｎｉ型、ｐｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキバリア型あるいはこれらを組合せた型などに合成した半導体層が用いられる。
【００２３】また、透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層５が順次積層されて構成される光半導体素子は、図１に示す領域Ｙの部分において、透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層５の少なくともいずれかの層に溝が形成されることにより、複数の領域Ｚに分離され、各領域Ｚは、互いに電気的に直列または並列に接続されている。
【００２４】ガラス基板の材料としては、青板ガラス、白板ガラス等のソーダライムガラスの他、パイレックス、低アルカリガラス等の少し高級なボロシリケート系ガラス等が用いられる。また、ガラス基板１０には、光入射面に凹凸形状が形成された型板ガラスが用いられている。具体的には、ガラス基板１０の光入射面の表面粗さは、算術平均粗さＲａが５０〜５００μｍの範囲内にあり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある。
【００２５】図１に示す構造を有する太陽電池モジュールにおいて、「ぎらつき」等の外観不良を防止するために十分な防眩効果を得るためには、ガラス基板１０の光入射面の表面粗さは、算術平均粗さＲａの値が好ましくは５０μｍ以上であり、より好ましくは１００μｍ以上であるとよい。また、凹凸の平均間隔Ｓｍの値は、好ましくは１０ｍｍ以下であり、より好ましくは３ｍｍ以下であるとよい。
【００２６】一方、後述するように、光半導体素子をレーザパターニング工程により複数の領域に分離することを考慮すると、ガラス基板１０の光入射面の表面粗さは、算術平均粗さＲａの値が好ましくは５００μｍ以下であり、より好ましくは１００μｍ以下であるとよい。また、凹凸の平均間隔Ｓｍの値は、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、より好ましくは１ｍｍ以上であるとよい。
【００２７】このように構成される薄膜系太陽電池モジュールによれば、所望の電圧、電流を得ることができる。
【００２８】次に、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。図２〜図７は、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【００２９】まず、図２を参照して、光入射面に所定の凹凸形状が形成された型板ガラス１０の光入射面と異なる面の全面上に、透明電極層２を形成する。
【００３０】次に、図３を参照して、透明電極層２が形成されたガラス基板１０の所定の位置にレーザ光を照射して、透明電極層２の所定部分をガラス基板１０が露出されるまで除去することにより、透明電極層２を複数の領域に分離する。レーザ光は、矢印Ａに示すようにガラス基板１０の光入射面側から照射してもよいし、矢印Ｂに示すように光入射面と異なる光半導体素子形成面側から照射してもよい。
【００３１】次に、図４を参照して、透明電極層２、およびレーザ照射により露出されたガラス基板１０上に、ｐ型非晶質シリコン半導体層３１、ｉ型非晶質シリコン半導体層３２、およびｎ型非晶質シリコン半導体層３３を、順次積層する。この実施の形態においては、ｐ型非晶質シリコン半導体層３１、ｉ型非晶質シリコン半導体層３２、およびｎ型非晶質シリコン半導体層３３の３層により、光半導体層３が構成されている。
【００３２】次に、図５を参照して、透明電極層２および光半導体層３が形成されたガラス基板１０の所定の位置にレーザ光を照射して、光半導体層３の所定部分を透明電極層２が露出されるまで除去することにより、光半導体層３を複数の領域に分離する。レーザ光は、矢印Ａに示すようにガラス基板１０の光入射面側から照射してもよいし、矢印Ｂに示すように光入射面と異なる半導体素子形成面側から入射してもよい。
【００３３】次に、図６を参照して、光半導体層３、およびレーザ照射により露出された透明電極層２上に、反射促進層４を形成し、さらにその上に、裏面電極層５を形成する。なお、この実施の形態においては、光半導体層３と裏面電極層５との間に反射促進層４が介在されているが、光半導体層３上に直接裏面電極層５を形成してもよい。
【００３４】次に、図７を参照して、透明電極層２、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５が形成されたガラス基板１０の所定の位置にレーザ光を照射して、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５の所定部分を透明電極層２が露出されるまで除去することにより、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５を複数の領域に分離する。レーザ光は、矢印Ａに示すようにガラス基板１０の光入射面側から照射してもよいし、矢印Ｂに示すように光入射面と異なる光半導体素子形成面側から照射してもよい。
【００３５】なお、この実施の形態においては、レーザ照射により、光半導体層３、反射促進層４、および裏面電極層５を、透明電極層２が露出されるまで除去しているが、反射促進層４および裏面電極層５のみを光半導体層３が露出されるまで除去してもよい。
【００３６】続いて、透明電極層２および裏面電極層５に取出し電極を取付けた後、ガラス基板１０の光半導体素子形成面を、ＥＶＡ等の充填材、およびテドラ等の裏面保護フィルムを用いて封止、保護する。充填材としては、ＥＶＡの他、ポリビニルブチラール等を用いることもできる。これらのＥＶＡ（屈折率：１．４８２）、ポリビニルブチラール（屈折率：１．４８〜１．４９）等はともに、ガラス基板として用いられるソーダライムガラス（屈折率：１．５１〜１．５２）、ボロシリケート系ガラス（屈折率：１．４７）等との屈折率が近くなるように設計されている。
【００３７】このように封止して得られた太陽電池に、さらに端子ボックスおよびフレームを取付けることにより、第１実施形態の太陽電池モジュールが完成する。
【００３８】図８は、本発明による第２実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００３９】図８を参照して、この太陽電池モジュールは、ガラス基板２０の光入射面のうち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分を中心としてその周囲の１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域Ｘ内の算術平均粗さＲａが、５００μｍ以下となっている。一方、ガラス基板２０の光入射面の他の領域は、防眩効果を奏するように凹凸形状が形成されている。
【００４０】なお、この第２実施形態の太陽電池モジュールの他の構造は、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの構造と全く同様であるので、その説明は省略する。また、この第２実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は、図２〜図７に示した第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法と全く同様であるので、その説明も省略する。
【００４１】図９は、本発明による第３実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００４２】図９を参照して、この太陽電池モジュールは、ガラス基板３０の光入射面の算術平均粗さＲａが５００μｍより大きくなっている。
【００４３】なお、この第３実施形態の太陽電池モジュールの他の構造は、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの構造と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】次に、このように構成される第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００４５】図１０は、第３実施形態の太陽電池モジュールの製造における問題点を説明するための図である。
【００４６】図１０を参照して、この第３実施形態の太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板３０の光入射面の算術平均粗さＲａが、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールにおけるガラス基板１０の光入射面の算術平均粗さＲａよりも大きい。
【００４７】そのため、図２〜図７に示すようにレーザスクライブ等のレーザパターニング工程を施した場合に、ガラス基板の光入射面に形成された凹凸形状の部分において、照射したレーザ光の散乱が生じる。その結果、レーザ加工すべき部分の周辺に余分なレーザエネルギが照射されて、各層の変質や不必要な加工が生じたり、加工部分にレーザエネルギが集中せず、必要な加工ができなくなる等の問題が生じる。
【００４８】具体的には、図１０の矢印Ａに示すように、光入射面からレーザ光を照射した場合には、ガラス基板３０の凹凸形状が形成された光入射面に到達したレーザ光が矢印に示すように散乱し、種々の部分にレーザ光が照射される。その結果、加工すべき部分のレーザ加工が不十分となるとともに、光半導体層３および反射促進層４の一部に不必要な加工が施され、ピンホールやショート欠陥等の欠陥部７が生じてしまう。
【００４９】一方、図１０の矢印Ｂに示すように、光半導体素子形成面からレーザ光を照射した場合には、ガラス基板３０の凹凸形状が形成された光入射面に到達したレーザ光が矢印に示すように乱反射されて、加工すべき部分の周辺に照射される。その結果、光半導体層３の一部に不必要な加工が施され、ピンホールやショート欠陥等の欠陥部６が生じてしまう。
【００５０】図１１は、このような問題を解決し、レーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【００５１】図１１を参照して、この方法においては、レーザスクライブ等のレーザパターニング工程の際に、少なくともレーザ照射される部分に、レーザ照射面を平滑にするためのレベリング剤８１を塗布することにより、光の散乱を防止している。
【００５２】レベリング剤８１としては、ガラス基板として用いられるソーダライムガラス（屈折率：１．５１〜１．５２）やボロシリケート系ガラス（屈折率：１．４７）と屈折率の近い材料が用いられる。好ましくは、屈折率が１．３〜１．７、より好ましくは、屈折率が１．４５〜１．５５の材料が、レベリング剤として好ましく用いられる。たとえば、屈折率が１．４５〜１．５５の材料をレベリング剤として用いた場合には、レーザスクライブにより１００μｍ幅のパターニングを行なった場合にも、良好なエッジが得られる。
【００５３】また、レベリング剤としては、透明な液体、グリス状のもの、もしくは透明な樹脂状のものでレーザ加工前の塗布が容易なものが好ましく用いられる。レーザ加工後においては、レベリング剤をそのまま残す場合と除去する場合とがあり、安全性、工程の状況等に応じて下記の例に限定されず適宜選択される。また、レベリング剤は、レーザ加工される部分にのみ塗布してもよいし、レーザ加工後に除去する場合であればガラス基板の光入射面の全面に塗布してもよい。
【００５４】具体的に、固体の材料であり、レーザ加工後もそのまま残しておくレベリング材の例としては、酢酸ビニル樹脂（屈折率：１．４５〜１．４７）、ポリエチレン（屈折率：１．５１）、ポリエステル（屈折率：１．５２３〜１．５７）、メタクリル酸メチル樹脂（屈折率：１．４８８〜１．４９）、塩化ビニル樹脂（屈折率：１．５４〜１．５５）、ポリビニールアルコール（屈折率：１．４９〜１．５５）等が挙げられる。また、ＥＶＡ（屈折率：１．４８２）、ポリビニルブチラール（屈折率：１．４８〜１．４９）等の樹脂は、ガラス基板材料と屈折率が近くなるように設計され、従来より太陽電池モジュールの充填材としても用いられているため、容易に入手できる点で特に好ましく用いられる。
【００５５】一方、液体系の材料であり、レーザ加工後除去するレベリング剤の例としては、ｏ−キシレン（屈折率：１．５１）、グリセリン（屈折率：１．４８）、クロロベンゼン（屈折率：１．５２）、テトラクロロエチレン（屈折率：１．５１）、四塩化炭素（屈折率：１．４６１）、エチルベンゼン（屈折率：１．５）等が挙げられる。また、従来より結晶の屈折率を測定する手法である液浸法で用いられる液体の中で、屈折率が１．５に近いものとして、１，２−ジブロモプロパン（屈折率：１．５１６）やテレビン油と１，２−ジブロモエチレンの混合液（屈折率：１．４８〜１．５３５）等があり、これらもレベリング剤として適宜利用できる。さらに、水（屈折率：１．３３）は、取扱いが容易で安全性に優れているため、レベリング剤として特に好ましく用いられる。
【００５６】また、図１２は、レーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の他の例を説明するための断面図である。
【００５７】図１２を参照して、この方法においては、レーザスクライブ等のレーザパターニング工程の際に、ガラス基板３０を、蓋のない容器９２内に収容された水９１中に浸漬しながら、レーザ照射を行なっている。前述したように、水の屈折率はガラスの屈折率と大変近い。したがって、この方法によれば、図１１においてレベリング剤を塗布した場合と同様に、レーザ照射面が平滑となる。その結果、光の散乱が防止され、良好なパターニングを行なうことができる。
【００５８】
【実施例】
（実施例１）以下のように、図１に示す構造の太陽電池モジュールを作製した。
【００５９】ガラス基板１０として、型板加工した白板ガラス（フロートガラスで鉄イオンを除去したもの）を用いた。ガラス基板１０の光入射面には、算術平均粗さＲａが３００μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが１ｍｍの凹凸形状が形成されていた。ガラス基板１０のサイズは、４５０ｍｍ×９００ｍｍであり、モジュールの強度を維持するため厚みが４ｍｍであった。
【００６０】このガラス基板１０の凹凸形状が形成された光入射面と異なる面上に、図２に示すように、厚さ約７００ｎｍのＳｎＯ2 透明電極層２を形成した。形成されたＳｎＯ2 層２の表面は、２００ｎｍ程度の凹凸を有していた。
【００６１】次に、形成されたＳｎＯ2 透明電極層２を、図３に示すように、レーザスクライブにてパターン加工した。
【００６２】次に、図４に示すように、ＳｎＯ2 層２および露出されたガラス基板１０上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、光半導体層３を形成した。具体的には、ＳｉＨ4、Ｂ2 Ｈ6 およびＣＨ4 を分解してｐ型水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ層３１を、ＳｉＨ4 を分解してｉ型水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ層３２を、ＳｉＨ4 およびＰＨ3 を分解してｎ型水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ層３３を、順次積層して、光半導体層３を形成した。
【００６３】次に、形成された光半導体層３を、図５に示すように、レーザスクライブにてパターン加工した。
【００６４】続いて、図６に示すように、光半導体層および露出されたＳｉＯ2 透明電極層２上に、スパッタ法を用いて、ＺｎＯからなる反射促進層４と、高光反射金属としてＡｇからなる裏面電極層５とを積層した。
【００６５】次に、形成された反射促進層４および裏面電極層５を、図７に示すように、レーザスクライブにてパターン加工した。
【００６６】最後に、透明電極層２および裏面電極層５に取出し電極を接続した後、光半導体素子形成面をＥＶＡおよびテドラを用いて封止、保護し、端子ボックスおよびフレームを取付けた。
【００６７】このようにして、図１に示す構造を有する太陽電池モジュールが得られた。この太陽電池モジュールにおいて、レーザスクライブにより溝が形成された領域Ｙの長さは約３００μｍであり、複数に分離された光半導体素子の各領域Ｚの長さは約９ｍｍであった。
【００６８】レーザスクライブの際には、図３、５および７の矢印Ａに示すガラス基板１０の光入射面側からと、矢印Ｂに示す光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００６９】このようにして得られた太陽電池モジュールを屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００７０】（比較例１）ガラス基板として、通常の平面ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７１】図１３は、得られた太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【００７２】図１３を参照して、この太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板４０の光入射面は、凹凸形状が形成されておらず、平滑であった。なお、他の構造については、図１に示す実施例１の太陽電池モジュールと全く同様であるので、その説明は省略する。
【００７３】このようにして得られた太陽電池モジュールを屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、鏡面状の反射による周囲の風景の映り込みがあり、建材として外観上不適当であった。
【００７４】（比較例２）ガラス基板として、光入射面に算術平均粗さＲａが６００μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが１ｍｍの凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７５】その結果、光半導体素子形成面側からレーザ光を照射した場合には、図１０に示すように、光の乱反射によってピンホールが生じ、ショート欠陥ができた。また、光入射面側からレーザ光を照射した場合にも、図１０に示すように、光の散乱によって所望の部分以外の部分が加工されてしまい、パターニングを良好に行なうことができなかった。
【００７６】（比較例３）ガラス基板として、光入射面に算術平均粗さＲａが２００μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．０５ｍｍの凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７７】その結果、光半導体素子形成面側からレーザ光を照射した場合には、図１０に示すように、光の乱反射によってピンホールが生じ、ショート欠陥ができた。また、光入射面側からレーザ光を照射した場合にも、図１０に示すように、光の散乱によって所望の部分以外の部分が加工されてしまい、パターニングを良好に行なうことができなかった。
【００７８】（実施例２）ガラス基板として、光入射面のうち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１０００μｍの対応する領域内の算術平均粗さＲａが５０μｍであり、凹凸の平均間隔Ｓｍが１ｍｍであり、光入射面の他の領域には光拡散による防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００７９】レーザスクライブの際には、ガラス基板側からと光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００８０】また、このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００８１】（実施例３）ガラス基板として、光入射面のうち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１０００μｍの対応する領域が、通常の平面ガラスと同等に平滑なテクスチャを有しており、光入射面の他の領域には光拡散による防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスを用い、実施例１と同様に太陽電池モジュールを作製した。
【００８２】レーザスクライブの際には、ガラス基板の光入射面側からと、光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００８３】このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００８４】（実施例４）ガラス基板として、比較例２で用いたのと同様の形状を有する型板ガラスを用い、図１１１１で説明した方法に従い、太陽電池モジュールを作製した。
【００８５】すなわち、レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１０００μｍの対応する領域上に、レベリング剤として、四塩化炭素を塗布した後、レーザスクライブ加工を行なった。レーザ加工後は、レベリング剤を除去した。
【００８６】レーザスクライブの際には、ガラス基板の光入射面側からと、光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００８７】このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００８８】（実施例５）ガラス基板として、比較例２で用いたのと同様の形状を有する型板ガラスを用い、図１２１２で説明した方法に従い、太陽電池モジュールを作製した。
【００８９】始めに、図１２に示すように、光入射面が上になるようにしてガラス基板３０を水９１中に浸漬しながら、矢印Ａに示すようにレーザ照射を行なった。次に、光入射面が下になるようにしてガラス基板３０を水９１中に浸漬しながらレーザ照射を行なった。このようにして、ガラス基板３０の光入射面側からと、光半導体素子形成面側からとのいずれからも、レーザ照射を試みた。その結果、いずれの側からレーザ照射を行なった場合にも、良好なパターンを形成することができ、レーザパターニング工程における問題は何ら生じなかった。
【００９０】このようにして得られた太陽電池モジュールを、屋根上に設置し、２０ｍ離れて観察した。その結果、ぎらつきのない良好な外観が得られることがわかった。
【００９１】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれば、従来ガラス基板として用いていた通常の平面ガラスに代えて、光入射面に所定の凹凸形状が形成された型板ガラスを用いる以外は、僅かな材料、工程の変更のみで、防眩対策のなされた薄膜系太陽電池モジュールを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明による第２実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【図９】本発明による第３実施形態の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態の太陽電池モジュールの製造における問題点を説明するための図である。
【図１１】本発明によるレーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図１２】本発明によるレーザパターニング工程を用いた第３実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の他の例を説明するための断面図である。
【図１３】比較例の太陽電池モジュールの一部の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 透明電極層
３ 光半導体層
４ 反射促進層
５ 裏面電極層
６、７ 欠陥部
１０、２０、３０、４０ ガラス基板
３１、３２、３３ 非晶質シリコン半導体層
８１ レベリング剤
９１ 水
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 太陽電池モジュールであって、第１および第２の面を有するガラス基板と、前記ガラス基板の前記第１の面上に形成された光半導体素子と、を備え、前記ガラス基板は、光が入射される前記第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、前記光半導体素子は、第１電極層、光半導体層、および第２電極層が順次積層されてなる、太陽電池モジュール。
【請求項２】 前記光半導体素子は、前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層が複数の領域に分離され、前記ガラス基板の前記第２の面は、算術平均粗さＲａが５０μｍ〜５００μｍの範囲内にあり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】 前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、前記ガラス基板の前記第２の面は、前記レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが５００μｍ以下である、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】 前記ガラス基板の前記第２の面は、前記レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが１００μｍ以下である、請求項３記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】 太陽電池モジュールの製造方法であって、ガラス基板の第１の面上に、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を順次積層する工程と、前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層を複数の領域に分離する工程と、を備え、前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、前記ガラス基板は、光が入射される第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、前記レーザパターニング工程の前に、前記ガラス基板の前記第２の面の少なくともレーザ照射される部分上に、屈折率が１．３〜１．７の透明材料を配置してレーザ照射される面を平滑にする工程をさらに備える、太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】 前記レーザパターニング工程の後、前記透明材料を除去する工程をさらに備える、請求項５記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】 前記透明材料の屈折率が１．４５〜１．５５である、請求項５または請求項６記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１】 太陽電池モジュールであって、第１および第２の面を有するガラス基板と、前記ガラス基板の前記第１の面上に形成された光半導体素子と、を備え、前記ガラス基板は、光が入射される前記第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、前記光半導体素子は、第１電極層、光半導体層、および第２電極層が順次積層されてなる、太陽電池モジュール。
【請求項２】 前記光半導体素子は、前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層が複数の領域に分離され、前記ガラス基板の前記第２の面は、算術平均粗さＲａが５０μｍ〜５００μｍの範囲内にあり、凹凸の平均間隔Ｓｍが０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にある、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】 前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、前記ガラス基板の前記第２の面は、前記レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが５００μｍ以下である、請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】 前記ガラス基板の前記第２の面は、前記レーザパターニング工程においてレーザ照射される部分の周囲１００μｍから５０００μｍまでの対応する領域内の算術平均粗さＲａが１００μｍ以下である、請求項３記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】 太陽電池モジュールの製造方法であって、ガラス基板の第１の面上に、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を順次積層する工程と、前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層を複数の領域に分離する工程と、を備え、前記第１電極層、前記光半導体層、および前記第２電極層の少なくともいずれかは、レーザパターニング工程により複数の領域に分離され、前記ガラス基板は、光が入射される第２の面に防眩効果を奏するように凹凸形状が形成された型板ガラスからなり、前記レーザパターニング工程の前に、前記ガラス基板の前記第２の面の少なくともレーザ照射される部分上に、屈折率が１．３〜１．７の透明材料を配置してレーザ照射される面を平滑にする工程をさらに備える、太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】 前記レーザパターニング工程の後、前記透明材料を除去する工程をさらに備える、請求項５記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】 前記透明材料の屈折率が１．４５〜１．５５である、請求項５または請求項６記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開平１１−７４５５２
【公開日】平成１１年（１９９９）３月１６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−１１２３９８
【出願日】平成１０年（１９９８）４月２２日
【出願人】（００００００９４１）鐘淵化学工業株式会社 (3,932)
【公開日】平成１１年（１９９９）３月１６日
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年（１９９８）４月２２日
【出願人】（００００００９４１）鐘淵化学工業株式会社 (3,932)
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