太陽電池モジュール
【課題】太陽電池セルへの水分侵入を確実に防止し、それと同時に、発電効率も上昇させる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】基板と、この基板上に、裏面電極と、光を受光して発電する発電層と、光を透過させる透明電極とがこの順に積層されて形成される太陽電池素子と、前記太陽電池素子を保護する保護層と、前記保護層と前記基板との間に充填される樹脂製の封止層と、を有し、前記保護層側から光を取り入れる太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子は、薄膜を複数層積層させて形成されるバリア膜で覆われており、前記バリア膜は、その上層が下層を覆って形成され、各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しており、このバリア膜の上から前記封止層及び前記保護層で覆われている構成とする。
【解決手段】基板と、この基板上に、裏面電極と、光を受光して発電する発電層と、光を透過させる透明電極とがこの順に積層されて形成される太陽電池素子と、前記太陽電池素子を保護する保護層と、前記保護層と前記基板との間に充填される樹脂製の封止層と、を有し、前記保護層側から光を取り入れる太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子は、薄膜を複数層積層させて形成されるバリア膜で覆われており、前記バリア膜は、その上層が下層を覆って形成され、各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しており、このバリア膜の上から前記封止層及び前記保護層で覆われている構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に裏面電極、発電層、透明電極がこの順に積層される太陽電池素子が保護膜で覆われることにより形成される太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年化石エネルギー資源の枯渇が懸念されており、それに代わる新エネルギーが検討されている。特に太陽光発電は、有望なエネルギー源として注目されている。太陽光発電の方法としては、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどを用いた結晶系太陽電池や、非晶質シリコン等を用いた薄膜系太陽電池が知られている。薄膜系太陽電池は、単位面積あたりの原材料が少なくて済むので、低コストとして注目されている。
【０００３】
薄膜系太陽電池モジュールは、主としてガラス製の基板上に、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電性酸化物からなる透明電極と、アモルファスシリコン等からなる光電変換層と、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属からなる裏面電極で構成される太陽電池セルを有する。基板上には複数の太陽電池セルが含まれ、それぞれの太陽電池セルは直列若しくは並列に接続され集積化されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この薄膜系の太陽電池モジュールは、長年にわたって発電効率の向上が研究されており、その着眼点の一つとして、例えば、太陽電池セルへの水分侵入防止が挙げられる。すなわち、太陽電池セルは、水に曝されると腐食し劣化する性質を有しており、太陽電池セルの劣化は発電効率の低下を招く。そのため、太陽電池セルは、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の熱硬化性樹脂からなる封止層と、フッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂を含む複合フィルムを用いた保護層とを積層する。そして、封止層を加熱溶融して架橋硬化させ、真空ラミネート法などで封止することにより太陽電池モジュールを構成し、これらの封止層及び保護層により太陽電池セルに水分が浸入するのを防止している。
【０００５】
また、太陽電池モジュールは、基板側が太陽などの光源側になるように設置されることにより、光が基板、透明電極を通過して光電変換層に入射され、入射された光が電気に変換される。そのため、特殊なガラス基板を使用したり、基板に反射防止膜を形成することにより、より多くの光が光電変換層に入射されるよう工夫され、発電効率の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４２７２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、太陽電池モジュールに封止層、保護層を設けた場合でも、太陽電池セルへの水分の侵入防止は十分ではないという問題があった。すなわち、ＥＶＡは光劣化により、耐水性、耐湿性、耐アルカリ性といった耐候特性が低下するため、長期的な使用によりＥＶＡが徐々に劣化すると太陽電池モジュールの側面から水分が浸入し、太陽電池セルが水分に曝される。太陽電池セルが水分に曝されると、太陽電池セルが劣化することにより発電効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、特殊なガラスを使用したり、基板に反射防止膜を形成するなどの処理を行うと、発電効率は上がるものの、太陽電池モジュールのコストも上昇してしまい、低コストの太陽電池モジュールの供給が困難になる。
【０００９】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、太陽電池セルへの水分侵入を確実に防止し、それと同時に、発電効率も上昇させる太陽電池モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の太陽電池モジュールは、基板と、この基板上に、裏面電極と、光を受光して発電する発電層と、光を透過させる透明電極とがこの順に積層されて形成される太陽電池素子と、前記太陽電池素子を保護する保護層と、前記保護層と前記基板との間に充填される樹脂製の封止層と、を有し、前記保護層側から光を取り入れる太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子は、薄膜を複数層積層させて形成されるバリア膜で覆われており、前記バリア膜は、その上層が下層を覆って形成され、各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しており、このバリア膜の上から前記封止層及び前記保護層で覆われていることを特徴としている。
【００１１】
上記太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルがバリア膜で覆われているため、バリア膜がない場合に比べて水分の侵入を抑えることができる。すなわち、長期的な使用により樹脂製の封止膜が劣化し大気中の水分が侵入した場合でも、バリア膜が複数層積層させて形成され、さらに各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しているため、水分が侵入しやすい基板との界面において、水分の侵入を２重、３重に妨げることができる。したがって、太陽電池セルへの水分侵入を確実に防止し、水分侵入による太陽電池セルの劣化により発電効率が低下するのを抑えることができる。
【００１２】
また、具体的な前記バリア膜の様態としては、前記バリア膜は、無機物を堆積させて形成されている。
【００１３】
この構成によれば、バリア膜の各層は、無機物で形成されているため、樹脂などの有機物で形成されている場合に比べて水分の侵入をより確実に抑えることができる。
【００１４】
また、前記バリア膜は、化学気相成長法により形成されている構成としてもよい。
【００１５】
この構成によれば、バリア膜と基板との密着性がよくなるため、基板とバリア膜の界面を伝って水分が侵入するのを抑えることができ、より確実に太陽電池セルへの水分の侵入を抑えることができる。
【００１６】
また、前記バリア膜の屈折率は、前記封止層の屈折率と前記透明電極の屈折率との間に設定されている構成にしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、封止層、バリア膜、透明電極層の順に屈折率の変化がバリア膜がない場合に比べて穏やかになるため、保護層側から入射した光が各層の境界で反射されるのを抑えることができる。したがって、保護層側から入射し光電変換層に達する光量が増加するため、バリア膜を設けることにより水分の侵入を抑えると同時に発電効率も向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルへの水分侵入を確実に防止し、それと同時に、発電効率も上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２】基板と太陽電池セルの境界部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの製造プロセスを説明する図である。
【図４】バリア膜成膜装置の構成を示す断面図である。
【図５】バリア膜成膜装置の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に本発明の太陽電池モジュールの断面図を示す。本発明の太陽電池モジュール１は、基板１０と、裏面電極１１と、光電変換層１２（発電層）と、透明電極１３と、バリア膜３０とを含む。さらに封止層１５と保護層１６およびフレーム材１７を含むこともできる。本発明の太陽電池モジュールは、保護層１６側から光を取り入れて発電させる。そのため、保護層１６がある側を太陽電池モジュール１の表面、反対側の基板１０側を裏面と呼ぶ。
【００２１】
基板１０は主としてガラスが好適に用いられる。透明であるため光電変換層１２に太陽光線を当てることができるからである。また、ガラスは耐候性が高く、熱、光、水に対しても腐食しにくいからである。ガラスは含有させる元素により、光フィルターとなり得るので、光電変換層１２の発電効率のより波長帯を選択的に通過させるガラスであってもよい。また、基板１０上に反射防止膜や、基板１０の縁近傍に接着性を向上させるためのＣｒ層などの金属層を設けてもよい。
【００２２】
裏面電極１１は、通常の導電性の金属を利用することができる。具体的には、Ａｌ、Ａｇが好適に用いられる。この裏面電極１１は、光電変換層１２よりも裏面側に存在しているため、透明性はあまり要求されない。したがって、通電効率のよい金属部材を選択することができる。
【００２３】
光電変換層１２は、特に限定されず、薄膜型、バルク型のどちらを利用してもよい。例えば、ＣＩＧＳを用いてもよいし、コストや大面積での製造、エネルギーギャップの大きさなどから、アモルファスシリコンは好適に利用することができる。なお、光電変換層１２は単に発電素子とも呼ぶ。
【００２４】
透明電極１３は、多くの光が光電変換層１２に供給されるように透明な材料で形成されている。具体的には、ＦＴＯ（フッ素含有酸化スズ）、ＩＴＯ（酸化スズ含有酸化インジウム）や、ＳｎＯ２（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等が好適に用いられる。これにより光電変換層１２上に形成しても発電効率を低下させないようになっている。本実施形態では、透明電極としてＩＴＯが用いられており、この透明電極の屈折率は、ほぼ１．９である。
【００２５】
基板１０上に形成された上記の裏面電極１１、光電変換素子１２、透明電極１３で、太陽電池セル２０が形成される。太陽電池セル２０は基板１０上に複数個形成してもよく、それぞれの太陽電池セルの透明電極と裏面電極１１を結合させることによって、直列でも並列にでも結合させることができる。
【００２６】
次に基板１０上に形成された太陽電池セル２０上に無機物で構成されたバリア膜３０を形成する。図２にバリア膜３０を拡大した図を示す。バリア膜３０は、基板１０と接する部分を有している。また、バリア膜３０は基板１０と裏面電極１１との間を覆うように配置されている。これにより、太陽電池セル２０の側面方向からの水分の侵入が防止される。太陽電池セル２０の裏面全面と基板１０を覆うように形成されていればより好適である。裏面方向からの水分の浸入も防ぐことができるからである。
【００２７】
また、バリア膜３０は、複数層で形成されており、本実施形態では、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２の２種類の層が交互に積層されて形成されている。具体的には、第１薄膜層３１及び第２薄膜層３２のうち、上層である層が下層である層を覆うように積層されている。そして、この第１薄膜層３１及び第２薄膜層３２のそれぞれの層の外周端部は、基板１０と接する部分を有している。すなわち、すべての層の外周端部が基板１０に接していることにより、バリア膜３０と基板１０との界面から侵入する水分を幾層にも亘って防止することができる。これにより、水分が太陽電池素子２０にまで侵入するのを抑えることができる。
【００２８】
また、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２の２種類の層は、それぞれ密度が異なっていることが必要である。基板１０や太陽電池セル２０に直接接する第１薄膜層３１は、密度が低い無機物層で形成し、その上に密度が高い無機物で第２薄膜層３２を形成する。密度が低い無機物層は密度が高い無機物層より下地に対する応力が小さく、下地となる裏面電極１１、透明電極１３の電極や光電変換層１２等が基板１０から剥離することを回避することができるからである。
【００２９】
例えば、密度が低い無機物層（第１薄膜層３１）は有機シリコン原料を用いて製膜できるＳｉ膜内にＣＨ４が含まれているＳｉＣＨ３などのＳｉ化合物膜を利用することができる。また、密度が高い無機物層（第２薄膜層３２）はＳｉＯ２を利用することができる。ＳｉＯ２膜は緻密であり、水分の侵入を効果的に防止することができる。図２では第２薄膜層３２である。水分の侵入を効果的に防止できる無機物の密度は２ｇ／ｃｍ３以上が好適である。従って、密度が２ｇ／ｃｍ３以上であれば、ＳｉＯ２以外の無機物を利用してよい。
【００３０】
また、バリア膜３０は、屈折率が封止層１５の屈折率と透明電極１３の屈折率との間の値になるように設定されている。本実施形態では、封止層１５としてＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）が用いられており、この封止層１５の屈折率は１．４６程度である。また、透明電極１３としてＩＴＯが用いられており、この透明電極１３の屈折率は１．９程度である。したがって、バリア膜３０の屈折率は、１．４６〜１．９に設定される。
【００３１】
本実施形態では、バリア膜３０の第１薄膜層３１には、ＳｉＣＨ３などのＳｉ化合物膜が用いられており、第２薄膜層３２には、ＳｉＯ２などのＳｉ酸化物が用いられている。それぞれ第１薄膜層３１の屈折率は、１．６５、第２薄膜層３２の屈折率は、１．４６とすることにより、バリア膜３０の屈折率は、１．５になるように調整されている。ここで、バリア膜３０は、第１薄膜層３１のＳｉ化合物膜に含有されるＨの量から屈折率を１．６５になるように調節される。すなわち、Ｈの量が増やすことで屈折率は小さくなり、逆にＨの量が減らすことで屈折率は大きくなる。このＨの量を調節することにより屈折率を１．４６に調節される。一方、第２薄膜層３２は、高純度のＳｉＯ２を用いることで屈折率を１．４６に調節される。すなわち、第１薄膜層３１と同様に、ＳｉＯ２膜の製膜時にＨの量を調節することでＳｉＯ２の屈折率を調節することができるが、ＳｉＯ２の純度はバリア性に影響するため本実施形態では高純度のＳｉＯ２を使用し、その屈折率を１．４６に設定している。このように、ＥＶＡの屈折率やＩＴＯの屈折率も添加物等により変化するが、バリア膜３０の組成を調節することにより、バリア膜３０の屈折率が封止層１５と透明電極１３の間になるように調整することができる。なお、バリア膜３０の屈折率とは、第１薄膜層３１と第２薄膜層とを複数積層させてバリア膜３０を形成したときの実測値である。
【００３２】
これにより、保護層１６から入射した光は、封止層１５、バリア膜３０、透明電極１３をこの順に透過し光電変換層１２に達するが、バリア膜３０を設けることでバリア膜３０がない場合に比べて屈折率の変化が穏やかになるため、入射した光が各層の界面で反射される光量が小さくなる。したがって、このようなバリア膜３０を設けることにより、バリア膜３０がない場合に比べて光電変換層１２に達する光量が多くなり、発電効率を向上させることができる。
【００３３】
なお、バリア膜３０の屈折率を封止層１５（ＥＶＡ）と透明電極１３（ＩＴＯ）の屈折率の間に設定することに加え、バリア膜３０の第１薄膜層３１と第２薄膜層３２の製膜順序は、最上面（ＥＶＡ側）に屈折率がＥＶＡに近い第２薄膜層とし、最下面は透明電極１３に屈折率が近い第１薄膜層３１を使用するのが好ましい。この構成により、封止層１５から第２薄膜層３２に入射する光の反射が抑えられるとともに、第１薄膜層３１から透明電極１３に入射する光の反射が抑えられるため、光電変換層１２に到達する光量が多くなり、発電効率を向上させることができる。
【００３４】
バリア膜３０を構成する無機物層の種類については特に限定されるものではない。少なくとも密度の異なる２種類の無機物層であって、密度が２ｇ／ｃｍ３以上の層が少なくとも１層あればよい。従って、図２に示すように、３種類以上の無機物層を組み合わせてバリア膜３０を構成してもよい。
【００３５】
また、各無機物層の厚みの構成も特に限定されるものではない。バリア膜３０に対して下地側に近い部分で密度の低い無機物層の厚みを厚くして、バリア膜３０の厚みに従って密度の高い無機物層の厚みを厚くしてもよい。また、各無機物層の境界は明確でなくてもよい。すなわち、密度の低い無機物層から密度の高い無機物層まで連続的に変化する構成が繰り返されてバリア膜３０が構成されてもよい。
【００３６】
積層の回数も特に限定されることはないが、積層回数が多いと、工数が増えるので、１つの太陽電池モジュールを作製するためのタクトタイムが長くなる。例えば、図２において、第２薄膜層３２は密度の低い無機物層であり、第３薄膜層３３は密度の高い無機物層である。第２薄膜層３２は２層分および第３薄膜層３３は１層分だけ示したが、これらはより多くの回数だけ積層した多層膜で構成されてもよい。
【００３７】
バリア膜３０の作製方法は特に限定されるものではないが、スパッタリング法やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法では、成膜対象物が絶えずプラズマに曝されるので、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法といった方法が好適に用いられる。ここで、バリア膜３０を化学気相成長法で形成した場合には、スパッタリング法等に比べてバリア膜３０の外周端部と基板１０との結合力が大きくなり、バリア膜３０と基板１０との界面から水分が侵入するのを十分に防ぐことができる。
【００３８】
図１に戻って、バリア膜３０を形成した後に封止層１５および保護層１６を形成することができる。封止層１５は従来用いられているＥＶＡを用いてよい。また保護層１６も従来用いられているフッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂／Ａｌ／フッ化ビニル樹脂といった複合フィルムや、ガラスを用いることができる。また、太陽電池モジュール１の側面はシールを用いて、フレーム１７を固定する。
【００３９】
図３には、本発明における太陽電池モジュール全体の製造工程を簡単に示す。図３（ａ）は１枚の基板１０上に裏面電極１１と発電素子１２と透明電極１３が形成された状態を示す。発電素子１２は複数個が同時に形成されており、裏面電極１１と透明電極１３のパターンによって直列若しくは並列に結合されている。ここで、太陽電池モジュール１の電極終端２２、２３はモジュールの両脇に集められる。なお、電極終端はモジュールの両脇以外の場所に設けられてもよい。
【００４０】
図３（ｂ）は、２つの電極終端２２、２３に引出端子２４、２５が設けられた状態を示す。引出端子２４、２５は太陽電池モジュール１の正極と負極になる部分である。用いられる材料に特に限定されるものではなく、腐食しにくく導電率の高い金属若しくは合金材料が好適に使用できる。
【００４１】
図３（ｃ）は、引出端子２４、２５と基板１０や透明電極１３の段差を小さくするためにかつ、引出端子２４、２５と電極終端２２、２３を接合した箇所の空隙をなくすために樹脂で被覆した被覆成形部２８を配した状態を示す。樹脂で被覆成形するのは、ＣＶＤ法は回り込みが少ないので、大きな段差を連続膜で被覆することができないからである。
【００４２】
図３（ｄ）は、被覆成形部２８の上からバリア膜３０を形成した状態を示す。バリア膜３０は基板１０側面からの水分浸入を防止するのが目的であるので、基板１０、被覆形成部２８、透明電極１３を一体的に覆うように配設される。従って、これらを含む領域を全てバリア膜３０で覆うのが好適であるが、特に水分が浸入しやすい基板１０との境界部分にのみバリア膜３０を配置してもよい。すなわち、太陽電池モジュール１の中央部分はバリア膜３０を配設しなくてもよい。
【００４３】
図３（ｅ）は、バリア膜３０上に封止層１５としてＥＶＡを形成し、その上に保護層１６として保護フィルムを形成した状態を示す。ＥＶＡと保護フィルムで覆った後は、側面をフレーム１７で保護する。
【実施例】
【００４４】
次に本発明の太陽電池を具体的に作製した実施例について説明する。基板１０は通常のガラス基板１０を用いた。大きさは縦４００ｍｍ、横３００ｍｍで厚さは３．５ｍｍであった。
【００４５】
ガラス基板１０上には、ＺｎＯとＡｇを積層した裏面電極１１を所定の形状に形成した。裏面電極１１には一部が接続するようにｐｉｎ接合を有するアモルファスシリコン系の光電変換層１２を形成した。さらに光電変換層１２上にはＩＴＯからなる厚さ１μｍの透明電極１３を所定の形状に形成し、基板上に太陽電池セルを形成した。次にこの基板１０上にバリア膜３０を形成した。
【００４６】
バリア膜３０は、バリア膜形成装置で作製した。図４（側面断面図）と図５（平面図）にバリア膜形成装置の構成図を示す。バリア膜形成装置５０は、成膜室５１となる真空チャンバーとロータリーポンプおよびターボ分子ポンプからなる排気系５２とプラズマ発生用の高周波電源６６と各種ガスを導入するフランジが配置されている。
【００４７】
成膜室５１は、排気系５２、ＨＭＤＳ供給タンク５３、Ｏ２供給タンク５５、Ｈ２供給タンク５６、Ａｒ供給タンク５７、に接続される。排気系５２には流量制御バルブ５８を介して成膜室５１に接続され、ＨＭＤＳ供給タンク５３は流量制御バルブ５９を介して接続され、Ｈ２供給タンク５６及びＡｒ供給タンク５７は流量制御バルブ６２を介して接続され、Ｏ２供給タンク５５は流量制御バルブ６１を介して接続される。成膜室５１の内部には、ループアンテナ６３を備える。
【００４８】
ループアンテナ６３は、プラズマを生成する手段であり、絶縁チューブ６４と導電性電極６５とにより構成される。絶縁チューブ６４は、成膜室５１内に互いに２本対向して平行配設される。導電性電極６５は、２本の絶縁チューブ６４に挿設され、図５のように平面視が略Ｕ字形を呈するように成膜室５１の互いに対向する側壁を貫通し、高周波電流を供給する電源６６に接続される。高周波電源６６の周波数は１３．５６ＭＨｚであることが好ましい。なお、使用するプラズマはＣＣＰ、ＩＣＰ、バリア放電、ホロー放電などでもよい。
【００４９】
太陽電池セル２０を形成した基板１０は、基板の固定台６８上に、太陽電池セルがループアンテナ６３側に向くように配置され、次に排気系５２により成膜室５１の内圧を９．９×１０−５Ｐａ以下になるまで減圧した。
【００５０】
成膜室５１内の減圧が完了後、流量バルブ６２を開くことによりＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスを成膜室５１に導入した。同時に流量バルブ５９を開いて、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）ガスを成膜室５１に導入した。Ａｒガスを添加することで、比較的小エネルギーのプラズマで解離反応を行うことができる。このときの各ガスの導入速度は、Ｈ２ガスとＡｒガスの混合ガスを２０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍで、ＨＭＤＳガスを３ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍとした。
【００５１】
続いて、電源６６からループアンテナ６３に高周波電流を流した。これにより、ループアンテナ６３の周辺にプラズマが発生する。このときのプラズマ電力は５ｋＷ〜１０ｋＷとした。基板の表面では表面反応が行われ、図２に示した太陽電池セル２０を被覆する第１薄膜層３１が形成された。所定時間Ｔ１が経過した後、流量バルブ６２を閉じ、Ｈ２ガスとＡｒガスの混合ガスの導入を停めた。
【００５２】
第１薄膜層３１が形成されると、次に、第２薄膜層３２の形成処理を行った。まず、流量バルブ６１を開いてＯ２ガスを成膜室５１に導入した。同時に流量バルブ５９によりＨＭＤＳガスを導入した。このときの各ガスの導入速度は、Ｏ２ガスが２０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ、ＨＭＤＳガスが３ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍとした。続いて、電源６６からループアンテナ６３に、プラズマ電力が０．１ｋＷ〜８ｋＷとなるように高周波電流を流し、ループアンテナ６３の周辺にプラズマを発生させた。
【００５３】
基板１０の表面では表面反応が行われ、図２に示すように、第１薄膜層３１を被覆するように第２薄膜層３２、すなわちシリコン酸化膜を形成した。所定時間が経過した後、流量バルブ６１を閉じることによりＯ２ガスの導入を停めた。このシリコン酸化膜は、ＳｉとＯとをＳｉ：Ｏ＝１：１．９〜２．１の組成比で含むことが好ましい。
【００５４】
上記第１薄膜層３１と第２薄膜層３２で行った処理をＮ回（本例の場合はＮ＝２）繰り返した。その結果、図２に示すように、シリコンを含む低密度薄膜（第１薄膜層３１）の上にシリコン酸化膜（第２薄膜層３２）を積層した積層体が２段形成された。
【００５５】
以上のように、先ず、原料ガスとして、Ｈ２ガスとＡｒガスとＨＭＤＳガスとを用い、
基板Ｋ上にプラズマＣＶＤ法により第１薄膜層３１を形成し、次いで、Ｏ２ガスとＨＭＤＳガスとを用い、シリコン酸化膜である第２薄膜層層３２を第１薄膜層３１の上に形成した。なお、ここでは、示さなかったが、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスなどを用いてシリコン窒化膜を入れてもよい。
【００５６】
第１薄膜層３１は、密着性が良いことが判明している。この第１薄膜層３１を基板１０と第２薄膜層３２との間に介在させることで、基板１０と第２薄膜層３２及びそれ以降の膜との密着性が向上し、その結果、第２薄膜層３２は、クラックや剥離が生じ難くなり、性能ばらつきの少ない信頼性のあるものとすることができる。
【００５７】
また、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２とを交互に複数層積層することにより、水分や酸素に対するバリア性が著しく向上する。なお、本実施の形態では、２つの無機物層を積層する例で説明を行ったが、３種類以上の無機物を用いた無機物層を利用してもよい。
【００５８】
以上のようにして、作成された本発明の太陽電池モジュールは、水分に対する気密性が高く、ＥＶＡと保護層だけで裏面を封止した時と比較して、熱サイクル試験において防水性が向上した。
【００５９】
本発明の方法は、従来とは異なりエッチング処理等を用いないため、太陽電池セル２０にダメージを与えることがない。また、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２との積層体は、基板１０の上に化学的に気相成長するに従い、太陽電池セル２０をプラズマエネルギーから保護する機能も有するため、プラズマエネルギーによるデバイスへのダメージが少なくて済む。また、第１薄膜層３１の形成と第２薄膜層３２との形成は、同室（成膜室５１）内で行われるため、装置構造が大掛かりなものにならない。また、ＨＭＤＳガスを原料ガスとして用いるため、爆発の虞がなく安全性に優れる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 太陽電池モジュール
１０ 基板
１１ 裏面電極
１２ 光電変換層
１３ 透明電極
１５ 封止層
１６ 保護層
２０ 太陽電池セル
３０ バリア膜
３１ 第１薄膜層
３２ 第２薄膜層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に裏面電極、発電層、透明電極がこの順に積層される太陽電池素子が保護膜で覆われることにより形成される太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年化石エネルギー資源の枯渇が懸念されており、それに代わる新エネルギーが検討されている。特に太陽光発電は、有望なエネルギー源として注目されている。太陽光発電の方法としては、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどを用いた結晶系太陽電池や、非晶質シリコン等を用いた薄膜系太陽電池が知られている。薄膜系太陽電池は、単位面積あたりの原材料が少なくて済むので、低コストとして注目されている。
【０００３】
薄膜系太陽電池モジュールは、主としてガラス製の基板上に、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電性酸化物からなる透明電極と、アモルファスシリコン等からなる光電変換層と、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属からなる裏面電極で構成される太陽電池セルを有する。基板上には複数の太陽電池セルが含まれ、それぞれの太陽電池セルは直列若しくは並列に接続され集積化されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
この薄膜系の太陽電池モジュールは、長年にわたって発電効率の向上が研究されており、その着眼点の一つとして、例えば、太陽電池セルへの水分侵入防止が挙げられる。すなわち、太陽電池セルは、水に曝されると腐食し劣化する性質を有しており、太陽電池セルの劣化は発電効率の低下を招く。そのため、太陽電池セルは、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の熱硬化性樹脂からなる封止層と、フッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂を含む複合フィルムを用いた保護層とを積層する。そして、封止層を加熱溶融して架橋硬化させ、真空ラミネート法などで封止することにより太陽電池モジュールを構成し、これらの封止層及び保護層により太陽電池セルに水分が浸入するのを防止している。
【０００５】
また、太陽電池モジュールは、基板側が太陽などの光源側になるように設置されることにより、光が基板、透明電極を通過して光電変換層に入射され、入射された光が電気に変換される。そのため、特殊なガラス基板を使用したり、基板に反射防止膜を形成することにより、より多くの光が光電変換層に入射されるよう工夫され、発電効率の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４２７２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、太陽電池モジュールに封止層、保護層を設けた場合でも、太陽電池セルへの水分の侵入防止は十分ではないという問題があった。すなわち、ＥＶＡは光劣化により、耐水性、耐湿性、耐アルカリ性といった耐候特性が低下するため、長期的な使用によりＥＶＡが徐々に劣化すると太陽電池モジュールの側面から水分が浸入し、太陽電池セルが水分に曝される。太陽電池セルが水分に曝されると、太陽電池セルが劣化することにより発電効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、特殊なガラスを使用したり、基板に反射防止膜を形成するなどの処理を行うと、発電効率は上がるものの、太陽電池モジュールのコストも上昇してしまい、低コストの太陽電池モジュールの供給が困難になる。
【０００９】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、太陽電池セルへの水分侵入を確実に防止し、それと同時に、発電効率も上昇させる太陽電池モジュールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の太陽電池モジュールは、基板と、この基板上に、裏面電極と、光を受光して発電する発電層と、光を透過させる透明電極とがこの順に積層されて形成される太陽電池素子と、前記太陽電池素子を保護する保護層と、前記保護層と前記基板との間に充填される樹脂製の封止層と、を有し、前記保護層側から光を取り入れる太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子は、薄膜を複数層積層させて形成されるバリア膜で覆われており、前記バリア膜は、その上層が下層を覆って形成され、各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しており、このバリア膜の上から前記封止層及び前記保護層で覆われていることを特徴としている。
【００１１】
上記太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルがバリア膜で覆われているため、バリア膜がない場合に比べて水分の侵入を抑えることができる。すなわち、長期的な使用により樹脂製の封止膜が劣化し大気中の水分が侵入した場合でも、バリア膜が複数層積層させて形成され、さらに各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しているため、水分が侵入しやすい基板との界面において、水分の侵入を２重、３重に妨げることができる。したがって、太陽電池セルへの水分侵入を確実に防止し、水分侵入による太陽電池セルの劣化により発電効率が低下するのを抑えることができる。
【００１２】
また、具体的な前記バリア膜の様態としては、前記バリア膜は、無機物を堆積させて形成されている。
【００１３】
この構成によれば、バリア膜の各層は、無機物で形成されているため、樹脂などの有機物で形成されている場合に比べて水分の侵入をより確実に抑えることができる。
【００１４】
また、前記バリア膜は、化学気相成長法により形成されている構成としてもよい。
【００１５】
この構成によれば、バリア膜と基板との密着性がよくなるため、基板とバリア膜の界面を伝って水分が侵入するのを抑えることができ、より確実に太陽電池セルへの水分の侵入を抑えることができる。
【００１６】
また、前記バリア膜の屈折率は、前記封止層の屈折率と前記透明電極の屈折率との間に設定されている構成にしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、封止層、バリア膜、透明電極層の順に屈折率の変化がバリア膜がない場合に比べて穏やかになるため、保護層側から入射した光が各層の境界で反射されるのを抑えることができる。したがって、保護層側から入射し光電変換層に達する光量が増加するため、バリア膜を設けることにより水分の侵入を抑えると同時に発電効率も向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルへの水分侵入を確実に防止し、それと同時に、発電効率も上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２】基板と太陽電池セルの境界部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの製造プロセスを説明する図である。
【図４】バリア膜成膜装置の構成を示す断面図である。
【図５】バリア膜成膜装置の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に本発明の太陽電池モジュールの断面図を示す。本発明の太陽電池モジュール１は、基板１０と、裏面電極１１と、光電変換層１２（発電層）と、透明電極１３と、バリア膜３０とを含む。さらに封止層１５と保護層１６およびフレーム材１７を含むこともできる。本発明の太陽電池モジュールは、保護層１６側から光を取り入れて発電させる。そのため、保護層１６がある側を太陽電池モジュール１の表面、反対側の基板１０側を裏面と呼ぶ。
【００２１】
基板１０は主としてガラスが好適に用いられる。透明であるため光電変換層１２に太陽光線を当てることができるからである。また、ガラスは耐候性が高く、熱、光、水に対しても腐食しにくいからである。ガラスは含有させる元素により、光フィルターとなり得るので、光電変換層１２の発電効率のより波長帯を選択的に通過させるガラスであってもよい。また、基板１０上に反射防止膜や、基板１０の縁近傍に接着性を向上させるためのＣｒ層などの金属層を設けてもよい。
【００２２】
裏面電極１１は、通常の導電性の金属を利用することができる。具体的には、Ａｌ、Ａｇが好適に用いられる。この裏面電極１１は、光電変換層１２よりも裏面側に存在しているため、透明性はあまり要求されない。したがって、通電効率のよい金属部材を選択することができる。
【００２３】
光電変換層１２は、特に限定されず、薄膜型、バルク型のどちらを利用してもよい。例えば、ＣＩＧＳを用いてもよいし、コストや大面積での製造、エネルギーギャップの大きさなどから、アモルファスシリコンは好適に利用することができる。なお、光電変換層１２は単に発電素子とも呼ぶ。
【００２４】
透明電極１３は、多くの光が光電変換層１２に供給されるように透明な材料で形成されている。具体的には、ＦＴＯ（フッ素含有酸化スズ）、ＩＴＯ（酸化スズ含有酸化インジウム）や、ＳｎＯ２（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等が好適に用いられる。これにより光電変換層１２上に形成しても発電効率を低下させないようになっている。本実施形態では、透明電極としてＩＴＯが用いられており、この透明電極の屈折率は、ほぼ１．９である。
【００２５】
基板１０上に形成された上記の裏面電極１１、光電変換素子１２、透明電極１３で、太陽電池セル２０が形成される。太陽電池セル２０は基板１０上に複数個形成してもよく、それぞれの太陽電池セルの透明電極と裏面電極１１を結合させることによって、直列でも並列にでも結合させることができる。
【００２６】
次に基板１０上に形成された太陽電池セル２０上に無機物で構成されたバリア膜３０を形成する。図２にバリア膜３０を拡大した図を示す。バリア膜３０は、基板１０と接する部分を有している。また、バリア膜３０は基板１０と裏面電極１１との間を覆うように配置されている。これにより、太陽電池セル２０の側面方向からの水分の侵入が防止される。太陽電池セル２０の裏面全面と基板１０を覆うように形成されていればより好適である。裏面方向からの水分の浸入も防ぐことができるからである。
【００２７】
また、バリア膜３０は、複数層で形成されており、本実施形態では、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２の２種類の層が交互に積層されて形成されている。具体的には、第１薄膜層３１及び第２薄膜層３２のうち、上層である層が下層である層を覆うように積層されている。そして、この第１薄膜層３１及び第２薄膜層３２のそれぞれの層の外周端部は、基板１０と接する部分を有している。すなわち、すべての層の外周端部が基板１０に接していることにより、バリア膜３０と基板１０との界面から侵入する水分を幾層にも亘って防止することができる。これにより、水分が太陽電池素子２０にまで侵入するのを抑えることができる。
【００２８】
また、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２の２種類の層は、それぞれ密度が異なっていることが必要である。基板１０や太陽電池セル２０に直接接する第１薄膜層３１は、密度が低い無機物層で形成し、その上に密度が高い無機物で第２薄膜層３２を形成する。密度が低い無機物層は密度が高い無機物層より下地に対する応力が小さく、下地となる裏面電極１１、透明電極１３の電極や光電変換層１２等が基板１０から剥離することを回避することができるからである。
【００２９】
例えば、密度が低い無機物層（第１薄膜層３１）は有機シリコン原料を用いて製膜できるＳｉ膜内にＣＨ４が含まれているＳｉＣＨ３などのＳｉ化合物膜を利用することができる。また、密度が高い無機物層（第２薄膜層３２）はＳｉＯ２を利用することができる。ＳｉＯ２膜は緻密であり、水分の侵入を効果的に防止することができる。図２では第２薄膜層３２である。水分の侵入を効果的に防止できる無機物の密度は２ｇ／ｃｍ３以上が好適である。従って、密度が２ｇ／ｃｍ３以上であれば、ＳｉＯ２以外の無機物を利用してよい。
【００３０】
また、バリア膜３０は、屈折率が封止層１５の屈折率と透明電極１３の屈折率との間の値になるように設定されている。本実施形態では、封止層１５としてＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）が用いられており、この封止層１５の屈折率は１．４６程度である。また、透明電極１３としてＩＴＯが用いられており、この透明電極１３の屈折率は１．９程度である。したがって、バリア膜３０の屈折率は、１．４６〜１．９に設定される。
【００３１】
本実施形態では、バリア膜３０の第１薄膜層３１には、ＳｉＣＨ３などのＳｉ化合物膜が用いられており、第２薄膜層３２には、ＳｉＯ２などのＳｉ酸化物が用いられている。それぞれ第１薄膜層３１の屈折率は、１．６５、第２薄膜層３２の屈折率は、１．４６とすることにより、バリア膜３０の屈折率は、１．５になるように調整されている。ここで、バリア膜３０は、第１薄膜層３１のＳｉ化合物膜に含有されるＨの量から屈折率を１．６５になるように調節される。すなわち、Ｈの量が増やすことで屈折率は小さくなり、逆にＨの量が減らすことで屈折率は大きくなる。このＨの量を調節することにより屈折率を１．４６に調節される。一方、第２薄膜層３２は、高純度のＳｉＯ２を用いることで屈折率を１．４６に調節される。すなわち、第１薄膜層３１と同様に、ＳｉＯ２膜の製膜時にＨの量を調節することでＳｉＯ２の屈折率を調節することができるが、ＳｉＯ２の純度はバリア性に影響するため本実施形態では高純度のＳｉＯ２を使用し、その屈折率を１．４６に設定している。このように、ＥＶＡの屈折率やＩＴＯの屈折率も添加物等により変化するが、バリア膜３０の組成を調節することにより、バリア膜３０の屈折率が封止層１５と透明電極１３の間になるように調整することができる。なお、バリア膜３０の屈折率とは、第１薄膜層３１と第２薄膜層とを複数積層させてバリア膜３０を形成したときの実測値である。
【００３２】
これにより、保護層１６から入射した光は、封止層１５、バリア膜３０、透明電極１３をこの順に透過し光電変換層１２に達するが、バリア膜３０を設けることでバリア膜３０がない場合に比べて屈折率の変化が穏やかになるため、入射した光が各層の界面で反射される光量が小さくなる。したがって、このようなバリア膜３０を設けることにより、バリア膜３０がない場合に比べて光電変換層１２に達する光量が多くなり、発電効率を向上させることができる。
【００３３】
なお、バリア膜３０の屈折率を封止層１５（ＥＶＡ）と透明電極１３（ＩＴＯ）の屈折率の間に設定することに加え、バリア膜３０の第１薄膜層３１と第２薄膜層３２の製膜順序は、最上面（ＥＶＡ側）に屈折率がＥＶＡに近い第２薄膜層とし、最下面は透明電極１３に屈折率が近い第１薄膜層３１を使用するのが好ましい。この構成により、封止層１５から第２薄膜層３２に入射する光の反射が抑えられるとともに、第１薄膜層３１から透明電極１３に入射する光の反射が抑えられるため、光電変換層１２に到達する光量が多くなり、発電効率を向上させることができる。
【００３４】
バリア膜３０を構成する無機物層の種類については特に限定されるものではない。少なくとも密度の異なる２種類の無機物層であって、密度が２ｇ／ｃｍ３以上の層が少なくとも１層あればよい。従って、図２に示すように、３種類以上の無機物層を組み合わせてバリア膜３０を構成してもよい。
【００３５】
また、各無機物層の厚みの構成も特に限定されるものではない。バリア膜３０に対して下地側に近い部分で密度の低い無機物層の厚みを厚くして、バリア膜３０の厚みに従って密度の高い無機物層の厚みを厚くしてもよい。また、各無機物層の境界は明確でなくてもよい。すなわち、密度の低い無機物層から密度の高い無機物層まで連続的に変化する構成が繰り返されてバリア膜３０が構成されてもよい。
【００３６】
積層の回数も特に限定されることはないが、積層回数が多いと、工数が増えるので、１つの太陽電池モジュールを作製するためのタクトタイムが長くなる。例えば、図２において、第２薄膜層３２は密度の低い無機物層であり、第３薄膜層３３は密度の高い無機物層である。第２薄膜層３２は２層分および第３薄膜層３３は１層分だけ示したが、これらはより多くの回数だけ積層した多層膜で構成されてもよい。
【００３７】
バリア膜３０の作製方法は特に限定されるものではないが、スパッタリング法やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法では、成膜対象物が絶えずプラズマに曝されるので、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法といった方法が好適に用いられる。ここで、バリア膜３０を化学気相成長法で形成した場合には、スパッタリング法等に比べてバリア膜３０の外周端部と基板１０との結合力が大きくなり、バリア膜３０と基板１０との界面から水分が侵入するのを十分に防ぐことができる。
【００３８】
図１に戻って、バリア膜３０を形成した後に封止層１５および保護層１６を形成することができる。封止層１５は従来用いられているＥＶＡを用いてよい。また保護層１６も従来用いられているフッ化ビニル樹脂製若しくはフッ化ビニル樹脂／Ａｌ／フッ化ビニル樹脂といった複合フィルムや、ガラスを用いることができる。また、太陽電池モジュール１の側面はシールを用いて、フレーム１７を固定する。
【００３９】
図３には、本発明における太陽電池モジュール全体の製造工程を簡単に示す。図３（ａ）は１枚の基板１０上に裏面電極１１と発電素子１２と透明電極１３が形成された状態を示す。発電素子１２は複数個が同時に形成されており、裏面電極１１と透明電極１３のパターンによって直列若しくは並列に結合されている。ここで、太陽電池モジュール１の電極終端２２、２３はモジュールの両脇に集められる。なお、電極終端はモジュールの両脇以外の場所に設けられてもよい。
【００４０】
図３（ｂ）は、２つの電極終端２２、２３に引出端子２４、２５が設けられた状態を示す。引出端子２４、２５は太陽電池モジュール１の正極と負極になる部分である。用いられる材料に特に限定されるものではなく、腐食しにくく導電率の高い金属若しくは合金材料が好適に使用できる。
【００４１】
図３（ｃ）は、引出端子２４、２５と基板１０や透明電極１３の段差を小さくするためにかつ、引出端子２４、２５と電極終端２２、２３を接合した箇所の空隙をなくすために樹脂で被覆した被覆成形部２８を配した状態を示す。樹脂で被覆成形するのは、ＣＶＤ法は回り込みが少ないので、大きな段差を連続膜で被覆することができないからである。
【００４２】
図３（ｄ）は、被覆成形部２８の上からバリア膜３０を形成した状態を示す。バリア膜３０は基板１０側面からの水分浸入を防止するのが目的であるので、基板１０、被覆形成部２８、透明電極１３を一体的に覆うように配設される。従って、これらを含む領域を全てバリア膜３０で覆うのが好適であるが、特に水分が浸入しやすい基板１０との境界部分にのみバリア膜３０を配置してもよい。すなわち、太陽電池モジュール１の中央部分はバリア膜３０を配設しなくてもよい。
【００４３】
図３（ｅ）は、バリア膜３０上に封止層１５としてＥＶＡを形成し、その上に保護層１６として保護フィルムを形成した状態を示す。ＥＶＡと保護フィルムで覆った後は、側面をフレーム１７で保護する。
【実施例】
【００４４】
次に本発明の太陽電池を具体的に作製した実施例について説明する。基板１０は通常のガラス基板１０を用いた。大きさは縦４００ｍｍ、横３００ｍｍで厚さは３．５ｍｍであった。
【００４５】
ガラス基板１０上には、ＺｎＯとＡｇを積層した裏面電極１１を所定の形状に形成した。裏面電極１１には一部が接続するようにｐｉｎ接合を有するアモルファスシリコン系の光電変換層１２を形成した。さらに光電変換層１２上にはＩＴＯからなる厚さ１μｍの透明電極１３を所定の形状に形成し、基板上に太陽電池セルを形成した。次にこの基板１０上にバリア膜３０を形成した。
【００４６】
バリア膜３０は、バリア膜形成装置で作製した。図４（側面断面図）と図５（平面図）にバリア膜形成装置の構成図を示す。バリア膜形成装置５０は、成膜室５１となる真空チャンバーとロータリーポンプおよびターボ分子ポンプからなる排気系５２とプラズマ発生用の高周波電源６６と各種ガスを導入するフランジが配置されている。
【００４７】
成膜室５１は、排気系５２、ＨＭＤＳ供給タンク５３、Ｏ２供給タンク５５、Ｈ２供給タンク５６、Ａｒ供給タンク５７、に接続される。排気系５２には流量制御バルブ５８を介して成膜室５１に接続され、ＨＭＤＳ供給タンク５３は流量制御バルブ５９を介して接続され、Ｈ２供給タンク５６及びＡｒ供給タンク５７は流量制御バルブ６２を介して接続され、Ｏ２供給タンク５５は流量制御バルブ６１を介して接続される。成膜室５１の内部には、ループアンテナ６３を備える。
【００４８】
ループアンテナ６３は、プラズマを生成する手段であり、絶縁チューブ６４と導電性電極６５とにより構成される。絶縁チューブ６４は、成膜室５１内に互いに２本対向して平行配設される。導電性電極６５は、２本の絶縁チューブ６４に挿設され、図５のように平面視が略Ｕ字形を呈するように成膜室５１の互いに対向する側壁を貫通し、高周波電流を供給する電源６６に接続される。高周波電源６６の周波数は１３．５６ＭＨｚであることが好ましい。なお、使用するプラズマはＣＣＰ、ＩＣＰ、バリア放電、ホロー放電などでもよい。
【００４９】
太陽電池セル２０を形成した基板１０は、基板の固定台６８上に、太陽電池セルがループアンテナ６３側に向くように配置され、次に排気系５２により成膜室５１の内圧を９．９×１０−５Ｐａ以下になるまで減圧した。
【００５０】
成膜室５１内の減圧が完了後、流量バルブ６２を開くことによりＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスを成膜室５１に導入した。同時に流量バルブ５９を開いて、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）ガスを成膜室５１に導入した。Ａｒガスを添加することで、比較的小エネルギーのプラズマで解離反応を行うことができる。このときの各ガスの導入速度は、Ｈ２ガスとＡｒガスの混合ガスを２０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍで、ＨＭＤＳガスを３ｓｃｃｍ〜５ｓｃｃｍとした。
【００５１】
続いて、電源６６からループアンテナ６３に高周波電流を流した。これにより、ループアンテナ６３の周辺にプラズマが発生する。このときのプラズマ電力は５ｋＷ〜１０ｋＷとした。基板の表面では表面反応が行われ、図２に示した太陽電池セル２０を被覆する第１薄膜層３１が形成された。所定時間Ｔ１が経過した後、流量バルブ６２を閉じ、Ｈ２ガスとＡｒガスの混合ガスの導入を停めた。
【００５２】
第１薄膜層３１が形成されると、次に、第２薄膜層３２の形成処理を行った。まず、流量バルブ６１を開いてＯ２ガスを成膜室５１に導入した。同時に流量バルブ５９によりＨＭＤＳガスを導入した。このときの各ガスの導入速度は、Ｏ２ガスが２０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ、ＨＭＤＳガスが３ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍとした。続いて、電源６６からループアンテナ６３に、プラズマ電力が０．１ｋＷ〜８ｋＷとなるように高周波電流を流し、ループアンテナ６３の周辺にプラズマを発生させた。
【００５３】
基板１０の表面では表面反応が行われ、図２に示すように、第１薄膜層３１を被覆するように第２薄膜層３２、すなわちシリコン酸化膜を形成した。所定時間が経過した後、流量バルブ６１を閉じることによりＯ２ガスの導入を停めた。このシリコン酸化膜は、ＳｉとＯとをＳｉ：Ｏ＝１：１．９〜２．１の組成比で含むことが好ましい。
【００５４】
上記第１薄膜層３１と第２薄膜層３２で行った処理をＮ回（本例の場合はＮ＝２）繰り返した。その結果、図２に示すように、シリコンを含む低密度薄膜（第１薄膜層３１）の上にシリコン酸化膜（第２薄膜層３２）を積層した積層体が２段形成された。
【００５５】
以上のように、先ず、原料ガスとして、Ｈ２ガスとＡｒガスとＨＭＤＳガスとを用い、
基板Ｋ上にプラズマＣＶＤ法により第１薄膜層３１を形成し、次いで、Ｏ２ガスとＨＭＤＳガスとを用い、シリコン酸化膜である第２薄膜層層３２を第１薄膜層３１の上に形成した。なお、ここでは、示さなかったが、ＮＨ３ガスとＳｉＨ４ガスなどを用いてシリコン窒化膜を入れてもよい。
【００５６】
第１薄膜層３１は、密着性が良いことが判明している。この第１薄膜層３１を基板１０と第２薄膜層３２との間に介在させることで、基板１０と第２薄膜層３２及びそれ以降の膜との密着性が向上し、その結果、第２薄膜層３２は、クラックや剥離が生じ難くなり、性能ばらつきの少ない信頼性のあるものとすることができる。
【００５７】
また、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２とを交互に複数層積層することにより、水分や酸素に対するバリア性が著しく向上する。なお、本実施の形態では、２つの無機物層を積層する例で説明を行ったが、３種類以上の無機物を用いた無機物層を利用してもよい。
【００５８】
以上のようにして、作成された本発明の太陽電池モジュールは、水分に対する気密性が高く、ＥＶＡと保護層だけで裏面を封止した時と比較して、熱サイクル試験において防水性が向上した。
【００５９】
本発明の方法は、従来とは異なりエッチング処理等を用いないため、太陽電池セル２０にダメージを与えることがない。また、第１薄膜層３１と第２薄膜層３２との積層体は、基板１０の上に化学的に気相成長するに従い、太陽電池セル２０をプラズマエネルギーから保護する機能も有するため、プラズマエネルギーによるデバイスへのダメージが少なくて済む。また、第１薄膜層３１の形成と第２薄膜層３２との形成は、同室（成膜室５１）内で行われるため、装置構造が大掛かりなものにならない。また、ＨＭＤＳガスを原料ガスとして用いるため、爆発の虞がなく安全性に優れる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 太陽電池モジュール
１０ 基板
１１ 裏面電極
１２ 光電変換層
１３ 透明電極
１５ 封止層
１６ 保護層
２０ 太陽電池セル
３０ バリア膜
３１ 第１薄膜層
３２ 第２薄膜層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板上に、裏面電極と、光を受光して発電する発電層と、光を透過させる透明電極とがこの順に積層されて形成される太陽電池素子と、
前記太陽電池素子を保護する保護層と、
前記保護層と前記基板との間に充填される樹脂製の封止層と、
を有し、前記保護層側から光を取り入れる太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池素子は、薄膜を複数層積層させて形成されるバリア膜で覆われており、
前記バリア膜は、その上層が下層を覆って形成され、各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しており、このバリア膜の上から前記封止層及び前記保護層で覆われていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記バリア膜は、無機物を堆積させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記バリア膜は、化学気相成長法により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記バリア膜の屈折率は、前記封止層の屈折率と前記透明電極の屈折率との間に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１】
基板と、
この基板上に、裏面電極と、光を受光して発電する発電層と、光を透過させる透明電極とがこの順に積層されて形成される太陽電池素子と、
前記太陽電池素子を保護する保護層と、
前記保護層と前記基板との間に充填される樹脂製の封止層と、
を有し、前記保護層側から光を取り入れる太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池素子は、薄膜を複数層積層させて形成されるバリア膜で覆われており、
前記バリア膜は、その上層が下層を覆って形成され、各層の外周端部は前記基板に接する部分を有しており、このバリア膜の上から前記封止層及び前記保護層で覆われていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記バリア膜は、無機物を堆積させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記バリア膜は、化学気相成長法により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記バリア膜の屈折率は、前記封止層の屈折率と前記透明電極の屈折率との間に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−４５５０（Ｐ２０１３−４５５０Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０８２３（Ｐ２０１１−１３０８２３）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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