太陽能電池組件及其製造方法
2023-10-09 09:03:44 1
專利名稱：太陽能電池組件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池組件及其製造方法。本申請基於2009年3月10日申請的特願2009-056777號主張優先權，在此援用
其內容。
背景技術：
從有效利用能量的觀點出發，近年來，太陽能電池正越來越被廣泛而普遍地利用。 特別是利用矽單晶的太陽能電池，每單位面積的能量轉換效率優異。但是，另一方面，由於利用矽單晶的太陽能電池使用將矽單晶結晶塊切割後的矽片，而結晶塊的製造需要耗費大量能量，因此製造成本較高。特別是實現在室外等設置的大面積的太陽能電池時，如果利用矽單晶來製造太陽能電池，就目前來說是相當花費成本的。因此，利用了可更廉價製造的非晶(非晶質)矽薄膜的太陽能電池，作為低成本的太陽能電池正在普及。非晶矽太陽能電池使用被稱為pin結的層結構的半導體膜，該半導體膜是通過ρ 型和η型的矽膜將接收光時產生電子和空穴的非晶矽膜(i型)夾住的層結構。在該半導體膜的兩個面上，分別形成有電極。由太陽光產生的電子和空穴，因P型與η型半導體的電位差而活躍地移動，通過這樣連續地反覆，在兩個面的電極上產生電位差。作為這種非晶矽太陽能電池的具體結構，例如採用如下結構，即在玻璃基板上將透明導電氧化物(TCO，Transparent Conductive Oxide)等透明電極作為下部電極來進行成膜，在其上形成由非晶矽構成的半導體膜和作為上部電極的Ag薄膜等。在這種包括由上下電極和半導體膜構成的光電轉換體的非晶矽太陽能電池中，存在如下問題，即如果只是在基板上以大面積均勻地對各層進行成膜，則電位差減小、電阻值增大。因此，例如，按照各規定尺寸，對光電轉換體在電氣上進行分區而形成太陽能電池單元，電連接彼此相鄰的太陽能電池單元，從而構成非晶矽太陽能電池。具體而言，採用如下結構，即通過對在基板上以大面積均勻形成的光電轉換體，使用雷射等，形成被稱為劃痕線(》」" >)的槽，得到多個薄長方形狀的太陽能電池單元，並以串聯方式電連接這些太陽能電池單元。可是，在多個太陽能電池單元被串聯連接的薄膜式矽太陽能電池中，如果多個太陽能電池單元之中的部分太陽能電池單元的輸出(發電量)下降，則薄膜式矽太陽能電池組件整體的輸出會顯著下降。例如，在太陽能電池單元的製造工序中，當混入顆粒，或不均勻地形成電極，或電極產生不良狀況時，或者當在光入射面上積有灰塵，或光入射面被陰影覆蓋時，薄膜式矽太陽能電池組件整體的輸出會下降。進而，輸出下降的太陽能電池單元成為由多個太陽能電池單元構成的串聯電路中的電阻，且在該太陽能電池單元的兩端沿逆向施加有電壓(偏置電壓)。在這種情況下，電流集中於太陽能電池單元內的缺陷部位，導致發生局部加熱的現象(熱點現象)。存在因這種局部產生的熱而造成太陽能電池單元的光電動勢消失，太陽能電池單元被破壞的問題。一直以來，為了避免輸出下降與熱點現象，已知一種通過在薄膜矽太陽能電池組件上並聯連接旁路二極體，來降低施加到光電動勢已消失的太陽能電池單元上的電壓，從而防止光電動勢已消失的太陽能電池單元被破壞的方法(例如，參照專利文獻1)。進而，已知一種與劃痕線平行地設置部分劃痕線的技術(例如，參照專利文獻2)等。然而在這些技術中，存在因製造工序數量增加，且並聯連接多個旁路二極體，從而導致成本增加等問題。專利文獻1 日本特開2001-068696號公報專利文獻2 日本特開2002-76402號公報
發明內容
為了解決上述課題，本發明的第一目的在於提供一種無需複雜結構，就能夠防止熱點現象，且可靠性優異的太陽能電池組件。另外，本發明的第二目的在於提供一種不會增加太陽能電池組件製造中的工序數量、能夠在既有的裝置中使用、能夠削減成本、能夠防止熱點現象、能夠製造可靠性優異的太陽能電池組件的製造方法。本發明的第一方式的太陽能電池組件包括多個太陽能電池單元，包含層積體，並以串聯方式電連接，所述層積體依次層積有第一電極層、發電層和第二電極層；劃痕線，對多個所述太陽能電池單元之中彼此相鄰的太陽能電池單元進行分區；雷射劃痕孔，以貫穿所述發電層與所述第二電極層的方式形成；以及旁路通路，由在所述雷射劃痕孔的周邊產生的分路(* ~ >卜)區域構成。本發明的第一方式的太陽能電池組件，優選包括以貫穿所述發電層與所述第二電極層的方式形成的多個雷射劃痕孔。這裡，多個雷射劃痕孔的排列方向可以為與劃痕線平行的方向，也可以為與劃痕線正交的方向，還可以為以規定角度與劃痕線交叉的方向。本發明的第二方式的太陽能電池組件的製造方法，在基板上形成層積體，所述層積體依次層積有第一電極層、發電層和第二電極層，通過形成劃痕線，從而形成以串聯方式電連接的多個太陽能電池單元，通過對所述發電層和第二電極層的一部分照射雷射，從而形成貫穿所述發電層與所述第二電極層的劃痕孔，通過照射所述雷射時所產生的熱，來形成旁路通路，所述旁路通路由在所述發電層和第二電極層的加工端面上產生的分路區域構成。此外，本發明中的「太陽能電池組件」並不限定於具有單一發電層的單一單元，還包括層積有多個發電層的多結單元。另外，「加工端面」是指與雷射的照射方向大致平行的面。此外，分路區域是在與基板平行的方向上，從加工端面朝向發電層和第二電極層的內側而形成的區域。這種分路區域形成於加工端面的附近，在與基板平行的方向上具有規定的深度。在該分路區域中，以低於發電層的電阻連接第一電極層與所述第二電極層，或者第一電極層、發電層和第二電極層在電氣上短路。本發明的太陽能電池組件包括以貫穿發電層與第二電極層的方式形成的雷射劃痕孔。據此，即使當多個太陽能電池單元中的一個發生問題而導致輸出下降時，由於在
4雷射劃痕孔周邊所產生的分路區域作為旁路通路來發揮作用，因此能夠使電流流到旁路通路上。所以，能夠降低施加到輸出下降的太陽能電池單元上的電壓，從而防止輸出下降的太陽能電池單元被破壞。其結果是在本發明的太陽能電池組件中，能夠提供一種無需複雜結構，就能夠防止熱點現象，且可靠性優異的太陽能電池組件。在本發明的太陽能電池組件中，通過照射雷射，從而去除發電層和第二電極層的一部分，形成雷射劃痕孔。在根據該方法得到的太陽能電池組件中，通過在形成雷射劃痕孔時所產生的熱， 在發電層和第二電極層的加工端面上形成分路區域。其結果是在本發明的太陽能電池組件的製造方法中，不會增加工序數量，能夠在既有的裝置中使用該製造方法，能夠削減成本，能夠防止熱點現象，能夠製造可靠性優異的太陽能電池組件。
圖1是示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的放大立體圖。圖2A是示出圖1所示的太陽能電池組件的剖視圖。圖2B是示出圖2A所示的太陽能電池組件的放大剖視圖。圖2C是示出圖1所示的太陽能電池組件的剖視圖。圖3A是示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的製造方法的剖視圖。圖;3B是示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的製造方法的剖視圖。圖3C是示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的製造方法的剖視圖。圖3D是示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的製造方法的剖視圖。圖3E是示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的製造方法的剖視圖。圖3F是示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的製造方法的剖視圖。
具體實施例方式下面，基於附圖，對本發明所涉及的太陽能電池組件及其製造方法的實施方式進行說明。此外，在各附圖中，為了將各結構要素設為可在附圖上識別的程度的大小，適當使各結構要素的尺寸和比率與實際有所不同。圖1是示出本發明的實施方式所涉及的非晶矽型太陽能電池組件的放大立體圖。圖2A 圖2C是示出圖1的太陽能電池組件的層結構的剖視圖。圖2A是沿著圖 1的X1-X2線的剖視圖。圖2B是示出由圖2A的符號A所示出的部分的放大剖視圖。圖2C 是沿著圖1的Y1-Y2線的剖視圖。本實施方式的太陽能電池組件10包括如下結構，即在基板11的第一面Ila上形成有以串聯方式電連接的多個太陽能電池單元21。太陽能電池單元21包括層積體12，該層積體12依次層積有第一電極層13、發電層14、緩衝層15和第二電極層16。在多個太陽能電池單元21之中，彼此相鄰的太陽能電池單元形成有劃痕線20。劃痕線20形成在第一電極層13上，據此，多個太陽能電池單元21被分區。
在本實施方式的太陽能電池組件10中形成有雷射劃痕孔30 (劃痕孔)，該雷射劃痕孔30以貫穿發電層14、緩衝層15和第二電極層16的方式形成。在雷射劃痕孔30的周邊，產生分路區域31，並設有由分路區域31構成的旁路通路。據此，即使當多個太陽能電池單元中的一個發生問題而導致輸出下降時，由於在雷射劃痕孔30周邊所產生的分路區域31作為旁路通路來發揮作用，因此能夠使電流流到旁路通路上。所以，能夠降低施加到輸出下降的太陽能電池單元上的電壓，從而防止輸出下降的太陽能電池單元被破壞。其結果是在本實施方式的太陽能電池組件10中，無需複雜結構，就能夠防止熱點現象，能夠獲得優異的可靠性。基板11由諸如玻璃或透明樹脂等太陽光的透射性優異且具有耐久性的絕緣材料構成。在該太陽能電池組件10中，太陽光S射入基板11的第二面11b，該第二面lib是第一面Ila的相反側。在層積體12中，在基板11的第一面Ila上依次層積有第一電極層(下部電極)13、 發電層14(半導體層)14、緩衝層15和第二電極層(上部電極)16。第一電極層(下部電極)13由透明導電材料，例如二氧化錫(Sn02)、氧化銦錫 (ITO)、氧化鋅(SiO)等透光性金屬氧化物形成。發電層14 (半導體層)14例如如圖2B所示，具有在ρ型非晶矽膜14ρ與η型非晶矽膜Hn之間夾著i型非晶矽膜14i的pin結結構。當太陽光射入到發電層14時，產生電子和空穴，在ρ型非晶矽膜14p與η型非晶矽膜Hn之間，電子和空穴變得活躍。通過連續地重複這種作用，從而在第一電極層13與第二電極層16之間產生電位差(光電轉換)。另外，優選在發電層14與在發電層14的上方形成的第二電極層16之間配置緩衝層15。通過在發電層14與第二電極層16之間配置緩衝層15，從而能夠抑制矽從第二電極 16擴散到發電層14中並進行反應。這種緩衝層15的材料為例如SiO等。 第二電極層16 (上部電極)16由例如Ag (銀)或Al (鋁)等具有導電性的光反射膜構成。該第二電極層16可以使用例如濺射法等成膜法來形成。這種層積體12通過形成劃痕線20，從而被分割為多個層積體。據此，例如在基板 Ila上形成具有薄長方形狀外形的多個太陽能電池單元21。多個太陽能電池單元21在電氣上被分區，彼此相鄰的太陽能電池單元21以串聯方式電連接。在這種結構中，具有上述層積體12的多個太陽能電池單元21全部以串聯方式電連接。據此，能夠得到具有高電位差和高電流量的電力。劃痕線20是例如在基板11的第一面Ila上均勻地形成層積體12之後，通過對層積體12照射雷射等而形成的。據此，在層積體12上形成具有規定間隔的槽。特別是在本實施方式的太陽能電池組件10中，如圖1和圖2C所示，以貫穿發電層 14、緩衝層15和第二電極層16的方式形成有多個雷射劃痕孔30。在雷射劃痕孔30的周邊產生分路區域31，據此，旁路通路被設置。如圖1所示，多個雷射劃痕孔30排列在與劃痕線20平行的線上。在現有的太陽能電池單元中，當在光入射面(第二面lib)上積有灰塵，或該光入射面被陰影覆蓋時，太陽能電池組件整體的輸出會下降。進而，輸出下降的太陽能電池單元成為由多個太陽能電池單元構成的串聯電路中的電阻，且在該太陽能電池單元的兩端沿逆向施加有電壓(偏置電壓)。在這種情況下，電流集中於太陽能電池單元內的缺陷部位，導致發生局部加熱的現象(熱點現象)。與此相對，在本實施方式的太陽能電池組件10中，由於分路區域31作為旁路通路來發揮作用，因此能夠抑制在太陽能電池單元中所產生的逆電壓全部都集中於局部。據此， 能夠防止形成熱點。本發明並不限定形成雷射劃痕孔30的位置、雷射劃痕孔30的形狀、雷射劃痕孔30 的大小等。依賴於形成雷射劃痕孔30的工序中的條件，太陽能電池的曲線因子(FF)有時會下降。例如，當把劃痕孔30的數量增加到超過必要時，會導致特性下降。因此，優選確定劃痕孔30的個數與形成劃痕孔30的位置使得熱點耐性得以獲到，例如使得FF值在FF ^ 0. 60 的範圍內。具體而言，例如優選在層積體12上形成多個雷射劃痕孔30，多個所述劃痕孔排列為線狀。據此，不會使特性下降，而能夠有效地抑制熱點形成。接著，對具有上述結構的太陽能電池組件10的製造方法進行說明。圖3A 圖3F是按照工序順序來示出本發明的實施方式所涉及的太陽能電池組件的製造方法的剖視圖。圖3A 圖3F分別與沿著圖1的Y1-Y2線的剖視圖相對應。在本實施方式的太陽能電池組件的製造方法中，通過照射雷射，從而去除發電層 14、緩衝層15和第二電極層16的一部分，形成雷射劃痕孔30。進而，通過在照射雷射時所產生的熱，在發電層14、緩衝層15和第二電極層16的加工端面rd上，產生分路區域31。該分路區域31作為旁路通路來發揮作用。其結果是在本實施方式的太陽能電池組件的製造方法中，不會增加太陽能電池組件製造中的工序數量，能夠在既有的裝置中使用該製造方法，能夠削減成本，能夠防止熱點現象，能夠製造可靠性優異的太陽能電池組件10。以下，按照工序順序進行說明。(1)首先，準備基板11。基板11由諸如玻璃或透明樹脂等太陽光的透射性優異且具有耐久性的絕緣材料構成。(2)接著，如圖3A所示，在基板11的第一面Ila上形成第一電極層13。該第一電極層13為由具有透光性的金屬氧化物，諸如氧化鋅鋁(ΑΖ0，添加 Al (鋁)的 aiO)、氧化鋅鎵(GZ0，添加( (鎵)m ZnO)或氧化銦錫(ITO, Indium Tin Oxide) 等透明導電氧化物(TCC^iTransparent Conducting Oxide)構成的TCO電極。(3)接著，如圖:3B所示，在第一電極層13上形成發電層14的ρ型非晶矽膜14ρ、 i型非晶矽膜14i以及η型非晶矽膜14n (參照圖2Β)。上述膜14p、14i、Hn分別在用於形成各膜的專用的等離子體CVD反應室內形成。ρ型非晶矽膜14p在反應室內通過等離子體CVD法形成。作為成膜條件，例如， 基板溫度被設定為180-200°C，電源頻率被設定為13. 56MHz,反應室內壓力被設定為70 120Pa。另外，作為反應氣體流量的條件，甲矽烷(SiH4)被設定為300sCCm，氫(H2)被設定為 2300sCCm，含有氫作為稀釋氣體的乙硼烷( / )被設定為ISOsccm，以及甲烷(CH4)被設定為 500sccmoi型非晶矽膜14i在反應室內通過等離子體CVD法形成。作為成膜條件，例如，基板溫度被設定為180 200°C，電源頻率被設定為13. 56MHz,反應室內壓力被設定為70 120Pa。另外，作為反應氣體流量的條件，甲矽烷(SiH4)被設定為1200sCCm。η型非晶矽膜Hn在反應室內通過等離子體CVD法形成。作為成膜條件，例如，基板溫度被設定為180 200°C，電源頻率被設定為13. 56MHz,反應室內壓力被設定為70 120Pa。另外，作為反應氣體流量的條件，含有氫作為稀釋氣體的磷化氫(PH3/H2)被設定為 200sccmo(4)接著，如圖3C所示，在發電層14上通過濺射法依次形成緩衝層15和第二電極16。緩衝層15和第二電極層16例如使用直列式濺射裝置，在同一裝置內連續形成(成膜)。另外，也可以在第二電極層16上使用例如濺射法等來形成保護層17。(5)接著，向發電層14、緩衝層15和第二電極層16照射例如雷射光線等，來形成劃痕線、+ 0巧H巧八>)20。據此，層積體12被分割為多個層積體，從而能夠得到多個薄長方形狀的太陽能電池單元21。多個太陽能電池單元21彼此在電氣上被分區。另外，彼此相鄰的太陽能電池單元 21以串聯方式電連接。(6)接著，如圖3D和圖3E所示，通過對基板11的第二面lib中的規定部位照射雷射r，從而去除發電層14、緩衝層15和第二電極16，形成雷射劃痕孔30。具體而言，通過用雷射r的照射點rp在第二面lib上(第一電極層13上)進行掃描，從而去除在與該部位相對應的位置上所形成的發電層14、緩衝層15和第二電極16。多個雷射劃痕孔30排列在與劃痕線20平行的方向上。作為雷射r，例如可以使用紅外(IR，InfraRed)雷射。通過使用振蕩出紅外線的雷射振蕩器，能夠產生頂雷射，並對基板11的第二面lib照射雷射。紅外線為波長長於780nm的光，也被稱作熱線。紅外線是產生很大熱作用的光。作為該頂雷射，可以使用CO2雷射或釔鋁石榴石雷射(YAG雷射，Yttrium Aluminum Garnet Laser)。在使用YAG雷射時，IR雷射為基波(波長1064nm)，其點rp的直徑可擴大到例如60 μ m以上。當通過照射頂雷射，來對上述發電層14、緩衝層15、第二電極16和保護層17進行蝕刻時，在上述層14、15、16、17的加工端面rd上，會產生損傷。具體而言，因照射雷射時所產生的熱，導致從層14、15、16、17被蒸發並去除的顆粒附著於加工端面rd上。這種顆粒主要是TC0。另外，因在發電層14所吸收的波長中含有紅外波長，也會產生電遷移等損傷。 據此，因在層14、15、16、17的加工端面rd上產生損傷，從而形成層14、15、16、17彼此在電氣上短路的短路部，即形成分路區域31。最後，如圖3F所示，能夠得到圖1和圖2A 圖2C所示的太陽能電池組件10。此外，在上述太陽能電池組件10的製造方法中，多個雷射劃痕孔30排列在與劃痕線20平行的方向上，但是多個雷射劃痕孔30排列的方向也可以為與劃痕線20正交的方向，還可以為以規定角度與劃痕線交叉的方向。在如此製造的太陽能電池組件10中，即使當多個太陽能電池單元中的一個發生問題而導致輸出下降時，由於在雷射劃痕孔周邊所產生的分路區域作為旁路通路來發揮作用，因此能夠使電流流到旁路通路上。所以，能夠降低施加到輸出下降的太陽能電池單元上的電壓，從而防止輸出下降的太陽能電池單元被破壞。其結果是在太陽能電池組件10中， 能夠防止輸出下降，能夠防止熱點現象，能夠獲得優異的可靠性。實施例下面對本發明的實施例進行說明。在該實施例中，如下所示製作出太陽能電池組件。首先，在透明基板上形成了第一電極層。然後，在第一電極層上，將ρ型非晶矽膜、i型非晶矽膜以及η型非晶矽膜分別在用於形成各膜的專用的等離子體CVD反應室內形成，從而形成了發電層。接著，在通過照射雷射來分離發電層之後，在發電層上，使用濺射法依次形成了緩衝層和第二電極層。接著，向第一電極層、發電層和第二電極層照射雷射光線，形成了劃痕線(7 夕 9 4 7··，4>)。接著，以貫穿發電層、緩衝層和第二電極的方式形成了雷射劃痕孔。下面，對形成實施例1 8以及比較例中的雷射劃痕孔的條件進行說明。(實施例1 4)使用YAG雷射(波長1064nm)形成了雷射劃痕孔。束徑為45 μ m。雷射照射條件為0. 7 1. 0 (J/cm2)。在實施例1 4中，在與劃痕線平行的方向上形成了多個雷射劃痕孔。表1示出多個雷射劃痕孔的間隔。(實施例5 8)使用鋁石榴石二次諧波產生雷射(YAGSHG，AluminumGarnet Second Harmonic Generation Laser,波長532nm)形成了雷射劃痕孔。束徑為45 μ m。雷射照射條件為0. 7 1.0 (J/cm2) 0在實施例5 8中，在與劃痕線平行的方向上形成了多個雷射劃痕孔。表1示出多個雷射劃痕孔的間隔。(比較例)在比較例中，沒有形成雷射劃痕孔。對於實施例1 8的太陽能電池組件和比較例的太陽能電池組件，進行了熱點試驗。作為各個太陽能電池組件的評價方法，將進行IEC-61646(2008)的熱點耐性試驗 (以下也稱作HS試驗)之前的FF值與進行HS試驗之後的FF值進行了比較。表1示出評價結果。
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權利要求
1.一種太陽能電池組件，其特徵在於，包括多個太陽能電池單元，包含層積體，並以串聯方式電連接，所述層積體依次層積有第一電極層、發電層和第二電極層；劃痕線，對多個所述太陽能電池單元之中彼此相鄰的太陽能電池單元進行分區； 劃痕孔，以貫穿所述發電層與所述第二電極層的方式形成；以及旁路通路，由在所述劃痕孔的周邊產生的分路區域構成。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池組件，其特徵在於，包括以貫穿所述發電層與所述第二電極層的方式形成的多個劃痕孔。
3.一種太陽能電池組件的製造方法，其特徵在於，在基板上形成層積體，所述層積體依次層積有第一電極層、發電層和第二電極層， 通過形成劃痕線，從而形成以串聯方式電連接的多個太陽能電池單元， 通過對所述發電層和第二電極層的一部分照射雷射，從而形成貫穿所述發電層與所述第二電極層的劃痕孔，通過照射所述雷射時所產生的熱，來形成旁路通路，所述旁路通路由在所述發電層和第二電極層的加工端面上產生的分路區域構成。
全文摘要
一種太陽能電池組件，包括多個太陽能電池單元(21)，包含層積體(12)，並以串聯方式電連接，該層積體(12)依次層積有第一電極層(13)、發電層(14)和第二電極層(16)；劃痕線(20)，對多個所述太陽能電池單元(21)之中彼此相鄰的太陽能電池單元(21)進行分區；劃痕孔(30)，以貫穿所述發電層(14)與所述第二電極層(16)的方式形成；以及旁路通路，由在所述劃痕孔(30)的周邊產生的分路區域(31)構成。
文檔編號H01L31/04GK102292819SQ20108000514
公開日2011年12月21日 申請日期2010年3月10日 優先權日2009年3月10日
發明者內田寬人, 大勝敏秀, 田口遊子, 高山道寬, 高梨弘樹 申請人:株式會社愛發科