电池短路部去除装置及方法

摘要

本发明提供一种太阳能电池短路部去除装置，其可以迅速地进行短路部的去除，同时短路部的去除所必要的反向偏压的范围等对于电源的规格要求也不高，或者，可以预防去除时施加的电压所产生破坏。本发明的电池短路部去除装置，通过施加反向偏压去除电池的短路部，所述短路部包括在基板上依次层叠有第1电极、光电转换层、第2电极的1个或者多个太阳能电池单元。其特征在于，包括：带隙电压设定部，设定构成所述光电转换层的1种或者多种材料的带隙电压；反向偏压施加部，将所设定的全部的带隙电压作为所述反向偏压，依次施加到夹着短路部的两个电极上。

权利要求

1.一种电池短路部去除装置，其通过施加反向偏压去除电池的短路部，所述电池包括在基板上依次层叠有第1电极、作为电力发生部起作用的中间层、以及第2电极的1个或者多个电池单元，其特征在于：所述电池短路部去除装置包括：

带隙电压设定部，设定与构成所述中间层的1种或者多种材料的带隙电压相对应的电压；

反向偏压施加部，将与所设定的全部的所述带隙电压相对应的电压作为所述反向偏压，依次施加到夹着所述短路部的两个所述电极上。

2.如权利要求1所述的电池短路部去除装置，其特征在于：

所述反向偏压施加部包括检测被施加的两个所述电极的电压的检测部，并进行反馈控制使所述反向偏压和与所设定的所述带隙电压相对应的电压相等。

3.一种电池短路部去除方法，其通过施加反向偏压去除电池的短路部，所述电池包括在基板上依次层叠有第1电极、作为电力发生部起作用的中间层、以及第2电极的1个或者多个电池单元，其特征在于，包括：通过带隙电压设定部，设定与构成所述中间层的1种或者多种材料的带隙电压相对应的电压的步骤；

通过反向偏压施加部，将与所设定的全部的所述带隙电压相对应的电压作为所述反向偏压，依次施加到夹着所述短路部的两个所述电极上的步骤。

4.如权利要求3所述的电池短路部去除方法，其特征在于：

所述反向偏压施加部包括检测被施加的两个所述电极的电压的检测部，通过所述反向偏压施加部进行反馈控制使所述反向偏压和与所设定的所述带隙电压相对应的电压相等。

说明书

电池短路部去除装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电池短路部去除装置及方法，例如，用于去除太阳能电池的短路部(绝缘不良部)的装置及方法。

背景技术

[0002] 制造使用非晶形半导体等的薄膜太阳能电池时，在夹持有用于发电的光电转换半导体层的基板侧电极和背面侧电极的电极之间、两个背面侧电极间或者各层内会产生短路部。例如，薄膜太阳能电池在一个基板上并列配置多个太阳能电池单元(セル)。使基板侧电极、光电转换半导体层、背面侧电极在基板上层叠的工序中，多个太阳能电池单元是共通的，此后，形成对相邻的太阳能电池单元进行切分的槽(划线槽)，进而形成多个太阳能电池单元。如果这样的槽切分工序处理不得当，相邻的太阳能电池单元之间会形成短路部，或同一太阳能电池单元的基板侧电极和背面侧电极之间形成短路部。又例如，制造工序中，因为在光电转换半导体层形成针孔，或者混入杂物，也会在相邻的太阳能电池单元之间，或同一太阳能电池单元的基板侧电极和背面侧电极之间形成短路部。

[0003] 因此，已提出这样的方案：在电极间施加反向偏压使电流集中到短路部，通过产生的焦耳热使短路部的金属飞散，或者通过使金属氧化成为绝缘体，去除短路部(参照专利文献1)。该专利文献中，例如，1个太阳能电池单元具有数mm×一百数十cm的矩形形状，使多个探针与1个电极接触，或者使线状或者面状的接触构件与一个电极接触，施加反向偏压，使电流在接近短路部的位置和短路部之间流通。

[0004] 这里，反向偏压不是越高越好，如果从开始就施加较高的反向偏压，反而会使短路部变为很难去除的状态。鉴于此，例如专利文献2中，提出了一种在电极间施加阶段性增大的反向偏压，同时测量漏电流，在漏电流达到容许值以下时，停止施加反向偏压的方案。

[0005] 专利文献1：特开2000-277775号公报

[0006] 专利文献2：特开2001-53302号公报

发明内容

[0007] 发明要解决的技术问题：

[0008] 但是，一般地，是在相邻的太阳能电池单元的两个背面侧电极间施加反向偏压。因此，施加反向偏压时，往往会在面向划线槽的正常的太阳能电池单元的沿面间产生高的电场，由此产生的电压破坏、沿面放电等恐怕会导致太阳能电池变质、劣化。因此，如专利文献2中记载的技术，在电极间施加随着时间逐渐增加的反向偏压，可以防止太阳能电池变质、劣化，是比较理想的。

[0009] 但是，专利文献2的现有技术中，从反向偏压的初始值开始逐渐将其增大，直到满足规定条件(漏电流在容许值以下)为止，因此，去除短路部(绝缘不良部)所花费的平均时间变得很大。

[0010] 而且，由于逐渐增大反向偏压直到满足规定条件(漏电流在容许值以下)为止，因此，能取得反向偏压的范围较大，需要与之对应的电源装置。

[0011] 对于锂电池等充电电池，为了增大蓄电量，与太阳能电池一样，要并列设置电池单元，但这样构成的锂电池产生了与上述太阳能电池一样的问题。

[0012] 因此，要求一种电池短路部去除装置及方法，不仅可以迅速地进行短路部的去除，而且上述的反向偏压的范围等对电源的规格要求也不高。

[0013] 解决问题的手段：

[0014] 第1发明涉及一种电池短路部去除装置，其通过施加反向偏压去除电池的短路部，所述电池包括在基板上依次层叠有第1电极、作为电力发生部起作用的中间层、以及第2电极的1个或者多个电池单元，其特征在于：所述电池短路部去除装置包括：(1)带隙电压设定部，设定与构成所述中间层的1种或者多种材料的带隙电压相对应的电压；(2)反向偏压施加部，将与所设定的全部的所述带隙电压相对应的电压作为所述反向偏压，依次施加到夹着所述短路部的两个所述电极上。

[0015] 第2发明涉及一种电池短路部去除方法，其通过施加反向偏压去除电池的短路部，所述电池包括在基板上依次层叠有第1电极、作为电力发生部起作用的中间层、以及第2电极的1个或者多个电池单元，其特征在于，包括：(1)通过带隙电压设定部，设定与构成所述中间层的1种或者多种材料的带隙电压相对应的电压的步骤；(2)通过反向偏压施加部，将与所设定的全部的所述带隙电压相对应的电压作为所述反向偏压，依次施加到夹着所述短路部的两个所述电极上的步骤。

[0016] 发明的效果：

[0017] 根据本发明，由于施加与构成中间层的1种或者多种材料的带隙电压对应的电压去除短路部，因此可以提供一种能迅速地去除短路部的电池短路部去除装置及方法。

附图说明

[0018] 图1是示出实行本发明的实施形态的电池短路部去除方法的构成和作为处理对象的太阳能电池的说明图。

[0019] 图2是示出本发明的实施形态的电源/测定器的功能上的详细构成的框图。

[0020] 图3是示出短路部去除前后的反向偏压和漏电流之间关系的特性图。

[0021] 图4是示出本发明的实施形态的短路部的去除步骤的一个实例的流程图。

[0022] 符号的说明：

[0023] 1…薄膜太阳能电池，2…玻璃基板，3…透明电极(第1电极)，4…非晶形硅层(光电转换中间层)，5…银电极(第2电极)，6…太阳能电池单元，10…电源/测定器，12…探针，14…接触构件，20…带隙电压设定部，21…设定电压存储部，25…反向偏压施加部，26…施加时电压检测部。

具体实施方式

[0024] (A)主要实施形态

[0025] 以下，参照附图说明将本发明的电池短路部去除装置及方法应用于太阳能电池的短路部去除的一实施形态。

[0026] (A-1)主要实施形态的构成

[0027] 图1是示出一实施形态的电池短路部去除装置的构成和作为处理对象的太阳能电池的说明图。

[0028] 图1中，作为处理对象的薄膜太阳能电池1并列设置有多个太阳能电池单元6，该太阳能电池单元6是在作为绝缘性基板的玻璃基板2的一个面上将透明电极(第1电极)3、作为通过光电转换产生电力的电力发生部的非晶形硅层(光电转换中间层)4及银电极(第2电极)5分别加工成规定的图案并依次层叠而构成的。某个太阳能电池单元的透明电极和相邻的太阳能电池单元的银电极串联连接，由此并列设置的多个太阳能电池单元6串联连接。相邻的太阳能电池6、6通过划线槽7隔开。

[0029] 这里，在非晶形硅层4中，为了使得能够光电转换的光的波段比作为中心材料(元素)的硅的波段宽，还混合了其他的材料(元素)。即，最近为了通过成膜技术的改善和稳定化，提高发电效率，将重点放置在混合于作为中心材料的硅中的材料的多样化和混合的比例，可以使大范围的太阳光的波长成分进行反应。

[0030] 为了去除薄膜太阳能电池1的短路部，使用电源/测定器10。电源/测定器10具有一对电源端子Vo及Gnd和一对测定端子S+及S-。各电源端子Vo、Gnd分别通过导线11、探针12与涉及去除短路部的两个太阳能电池6、6的银电极5、5的相对应的一方连接，在两个银电极5、5之间施加反向偏压。一对测定端子S+及S-分别通过导线13和接触构件1

[0031] 4与被施加反向偏压的银电极5、5的相对应的一方连接。通过这些测定端子S+及S-，电源/测定器10检测出施加反向偏压时的电压，进行反馈控制以使得反向偏压不会衰减地被施加。

[0032] 图2是示出所述实施形态的电源/测定器10的功能上的详细构成的框图。

[0033] 图2中电源/测定器10包括：带隙电压设定部20；设定电压存储部21；良否判定电流设定部22；良否判定电流存储部23；施加时间存储部24；反向偏压施加部25；施加时电压检测部26；去除后电流检测部27；短路部去除判定部28；以及判定结果通知部29。

[0034] 带隙电压设定部20，设定作为光电转换中间层即非晶形硅层4的基本材料的硅、混合材料的带隙电压作为反向偏压。设定的带隙电压不限定为1个，在光电转换中间层(非晶形硅层4)使用多种材料时，最好根据材料的数量来设定。或者，预先确定设定数的上限，设定到达该上限数为止的带隙电压。如后文所述，为了去除短路部，所设定的全部的带隙电压至少各一次且依次地施加到薄膜太阳能电池1上。当带隙电压的设定顺序就这样成为带隙电压的施加顺序时，最好从小的带隙电压开始依次地设定。

[0035] 该电源/测定器10也可以设置例如具有数字键、设定键等的键输入部，使操作者直接输入带隙电压。又，例如，带隙电压设定部20中内置有材料名(或者元素符号)与带隙电压的对应表，显示器上显示材料名的菜单画面，操作者通过从菜单画面选择材料，可以设定与所选择的材料名对应的带隙电压。

[0036] 这里，在构成光电转换中间层(非晶形硅层4)的材料的种类不明的情况下，可以按如下方法了解应设定的带隙电压。

[0037] 图3是示出反向偏压和漏电流之间关系的特性图，实线示出短路部去除前的特性，一点划线示出短路部去除后的特性。图3例中，短路部去除前的特性曲线中，相对于反向偏压的漏电流的倾斜从到此为止的增大或者一定的倾向开始减少的点存在有3处，(例如，假设以横轴作为反向偏压，以纵轴作为倾斜来描绘图表时，这些点成为极大值的点)。第1点的反向偏压约为1.2V(图3中为了表示施加的方向是反方向，赋予[-]来表现)，第2点的反向偏压约为1.6V，第3点的反向偏压为约2.0V。测定这样的点的电压，在带隙电压设定部20中设定为带隙电压。

[0038] 设定电压存储部21存储由带隙电压设定部20所设定的带隙电压(反向偏压)。又，该实施形态的电池短路部去除装置，在作为某特定规格的薄膜太阳能电池的专用设备构成时，可以省略带隙电压设定部20，在装置从工厂出货的阶段，在设定电压存储部21中预先存储根据该薄膜太阳能电池规格等预先设定了的带隙电压。

[0039] 良否判定电流设定部22设定的是，在通过施加反向偏压实行短路部的去除动作之后，判定短路部是否被去除时使用的电流值。如所述图3中的一点划线所示，去除短路部后，随着反向偏压的增大(随着负值的增大)，漏电流单调增加，各点的电压(带隙电压)下的漏电流的值也基本是确定了的电流。因此，去除动作后，施加各点的电压(带隙电压)时的漏电流，如果是图3的一点划线所示的曲线上的电流程度，可以判定为短路部已被恰当地去除。例如，第1点的反向电压(约1.2V)对应的去除后的漏电流约为0.025A，为了防止误判定，多少留有余量地设定判定用的阈值电流(判定电流：例如0.038A左右)，基于短路部去除动作后的漏电流是否在该判定电流以下，来判定短路部是否被恰当地去除。良否判定电流设定部22是设定这样的判定电流的单元。希望对于由带隙电压设定部20所设定的每个带隙电压设定判定电流，但也可以针对多个带隙电压设定一个共通的判定电流。

[0040] 良否判定电流存储部23存储由良否判定电流设定部22设定的判定电流值。又，该实施形态的电池短路部去除装置，在作为对于某特定规格的薄膜太阳能电池的专用设备构成时，可以省略良否判定电流设定部22，在装置从工厂出货的阶段，在良否判定电流存储部23中预先存储根据该薄膜太阳能电池规格预先设定了的判定电流。

[0041] 施加时间存储部24存储的是，施加根据作为处理对象的薄膜太阳能电池的规格等预先设定的反向偏压的电压施加时间，和到开始施加下一个反向偏压为止的电压施加间隔。施加某个反向偏压的电压施加时间，例如，1msec以下是足够的，虽然这从产生使短路部烧损的焦耳热的方面来看并不充分。电压施加间隔可以考虑切换为不同的反向电压所要的时间来选定。虽然图2中示出存储不能够变化设定的固定信息的施加时间存储部24，但电压施加时间、电压施加间隔与上述带隙电压一样，也可以可由操作者任意地设定。

[0042] 反向偏压施加部25根据由施加时间存储部24所存储的电压施加时间、电压施加间隔，依次施加存储于设定电压存储部21中的全部的带隙电压(反向偏压)。电压施加包括以下两种情况：为去除短路部而进行的情况；为确认短路部的去除而进行的情况。前者的电压施加，例如是在操作者使探针12、接触构件14与银电极5、5接触后，操作了图中未示的施加启动键的情况下实行。又，前者的电压施加例如是在图中未示的接触控制机构使探针12、接触构件14与银电极5、5自动地接触后，接触控制机构向反向偏压施加部25发出了施加开始指令的情况下实行。另一方面，后者的电压施加是在通过前者的电压施加进行短路部的去除动作之后，继续自动地实行。又，后者的电压施加动作(换而言之，短路部去除的确认动作)也可以等待操作者的指示才开始。

[0043] 施加时电压检测部26至少在为去除短路部而进行的电压施加时，检测实际施加的电压，向反向偏压施加部25反馈。本实施形态中的短路部的去除是将带隙电压作为反向偏压，因此为使施加电压不与带隙电压偏离而适用反馈控制。

[0044] 去除后电流检测部27为确认短路部的去除而检测施加了反向偏压时的漏电流。这里，确认短路部的去除的电压也采用带隙电压。但是，也可以是带隙电压以外的电压。

[0045] 短路部去除判定部28，对于每个反向偏压，辨别所检测到的漏电流是否比良否判定电流存储部23中存储的良否判定电流低，进而辨别短路部是否被恰当地去除。

[0046] 判定结果通知部29，具有例如LED等的显示元件，在短路部去除判定部28对于全部的反向偏压判定为所检测到的漏电流比良否判定电流低时，向外部通知短路部已被恰当地去除，在对于一个反向偏压，所检测出的漏电流在良否判定电流以上时，通知短路部不能被去除。或者，将测定结果和判定结果向外部通信。

[0047] (A-2)适用带隙电压的理由

[0048] 下面，对适用光电转换中间层(非晶形硅层4)的基本材料、混合材料的带隙电压作为反向偏压的理由进行说明。

[0049] 原来，在例如上述专利文献中记载的技术中，已提出由于定位孔、混入杂物而产生的短路部通过焦耳热去除。但是，实际中，例如，通过1.2V、55mA的施加只进行1ms这样的不会引起焦耳热的烧损的电力供给(热量换算中过少的能量供给)，可以降低漏电流。因此，本申请发明者认为，利用反向偏压的短路部的去除与原来所述的“利用热能量的烧损去除”是依据不同的现象。

[0050] 本申请发明者掌握了以下情况：根据对于多种类的太阳能电池的、对于将反向偏压逐渐增大时的短路部去除动作的评价结果，在多个电压点进行修正动作(除去动作)。又，还可以看出这些电压点与混合于光电转换中间层(非晶形硅层4)的材料(材料元素)的带隙电压值大概近似。下面列出数字实例供参考，硅的带隙电压值为1.2eV，砷化镓的带隙电压值为1.4eV，氮化镓的带隙电压值为3.4eV。

[0051] 通过以上的考察，本申请发明者得到如下结论，短路部的修正(去除)并不是利用电流能量进行的，而是通过在光电转换中间层的材料的离子的电荷分布异常之处(短路部及其附近)，点式地施加与各材料(的元素)的固有电压(带隙的电子电压；带隙电压)对应的反向偏压，来降低、抑制漏电流。使材料离子化的电子和空穴通过带隙电压的施加，被收入材料中，使材料稳定化，从而降低、抑制漏电流。即，通过改善成为短路路径的光电转换中间层的部分的电荷分布，来改善短路部。

[0052] 又，本申请发明者也对以下情况进行了确认，即使发热能量少、电压施加时间短，施加大大地超过构成光电转换中间层的材料的带隙电压的反向电压时，太阳能电池单元容易遭到破坏，或者，受到损坏使发电效率下降。

[0053] 因此，本实施形态中，将施加的反向偏压选定为带隙电压。

[0054] 又，短路部生成的原因包括：(1)在光电转换中间层形成针孔；(2)光电转换中间层中混入有杂物；(3)槽切分工序不恰当，相邻的太阳能电池单元之间接触；(4)槽切分工序不恰当，背面侧电极弯曲，一个太阳能电池的基板侧电极和背面侧电极接触等等。其中，其中，光电转换中间层未构成短路路径的一部分的、由第3和第4原因产生的短路部的去除，不适用于本发明的利用带隙电压的方法。此时的短路部的去除，与原来一样，适用利用焦耳热烧损来去除的方法。

[0055] (A-3)主要的实施形态的动作

[0056] 下面，对上述实施形态的电池短路部去除装置的动作(电池短路部去除方法)进行说明。图4是示出短路部的去除步骤的一个实例的流程图。

[0057] 例如，在与短路部有无的检查不同地另外检测出短路部的存在时，为了去除该短路部，实行图4所示的步骤。又，例如，在不知道是否存在短路部时，将作为处理对象的太阳能电池1中存在的相邻的每两个太阳能电池单元6、6的全部(的对)作为对象，反复实行图4所示的步骤。

[0058] 作为处理对象的薄膜太阳能电池1的设置、探针12和接触构件14的接触等可以通过手动进行，也可以通过图中未示的自动化单元自动地进行。

[0059] 首先，将与非晶形硅层4(光电转换中间层)的材料对应的带隙电压按材料(元素)种类的数目等设定为必要的数目(S100)。此时，良否判定用电流也一并设定。

[0060] 其次，将设定的带隙电压从小的开始依次作为反向偏压施加到相邻的太阳能电池单元6、6之间(S101)。例如，电压施加时间、电压施加间隔使用的是由装置预先设定的值。电压施加时，通过检测出实际施加的电压的反馈控制，正确地施加带隙电压。

[0061] 此后，将所设定的带隙电压从小的开始依次施加，同时取得此时的漏电流(S102)，基于取得的漏电流，判断短路部是否被恰当地去除(S103)。又，最初不存在短路部的情况下，判定为短路部可以被恰当地去除。

[0062] 在所取得的漏电流中有一个是异常范围的值时，进行不良处理(S104)，另一方面，所取得的漏电流全部是正常范围的值时，进行正常处理(S105)。不良处理，例如是，对周围的人通报发生异常、或者是对作为处理对象的太阳能电池1进行的废弃处理。正常处理，例如是，对周围的人通报其处于正常状态、或者将作为处理对象的太阳能电池1搬送到下一工序。又，将作为处理对象的薄膜太阳能电池1中存在的相邻的每两个太阳能电池单元6、6的全部(的对)作为对象，实行图4所示的步骤时，正常处理就是对下面的相邻的两个太阳能电池单元6、6开始新的图4的处理(步骤S100可以省略)。

[0063] (A-4)实施形态的效果

[0064] 根据上述实施形态，施加光电转换中间层的构成材料所具有的带隙电压作为反向偏压，将由于光电转换中间层形成有针孔、在光电转换中间层混入杂物等产生的、构成光电转换中间层的短路路径的一部分的短路部去除(改善)，可以达到以下效果。

[0065] 上述实施形态中，短路部并不像原来一样利用焦耳热烧损去除，因此为了去除而供给的能量可以较少。即，某个电压的施加时间可以比原来短，可以缩短处理时间。而且，可以抑制反向偏压施加时的消费电力。进一步地，无需使反向偏压在较广的范围内变化，而是使其在包括全部带隙电压的范围内变化，因此，从这一点上来看，去除处理所要的时间可以比原来短。

[0066] 上述电源/测定器10只要能够施加带隙电压中的最大的带隙电压即可。现有技术中，因为考虑到通过焦耳热烧损去除短路部，所施加的反向偏压的最大值(例如10V)要比最大的带隙电压(例如，3.4eV左右)大得多。因此，电源能够变化的电压范围较大，装置则变成为高价、大型的装置，而根据本实施形态，能够解决此类问题。

[0067] 现有技术中，因为考虑到通过焦耳热烧损去除短路部，使多个探针并列设置与电极接触，或者，使线状或者面状的接触构件与电解接触，在两电极的靠近短路部的位置之间，流通烧损短路部所必需的电流。但是，上述实施形态中，短路部的改善是通过反向偏压的施加而使材料状态改善，没有必要使大量的电流流经短路部，短路部的位置也可以偏离带隙电压的施加位置。即，带隙电压的施加能够只应用一个探针(例如，使探针与电极的长度方向的中心附近接触)，用于施加反向偏压的使探针与电极接触的结构可以比原来简单、便宜。

[0068] 又，因为是通过施加光电转换中间层的构成材料所具有的带隙电压去除的去除方法，同一去除装置能够将光电转换中间层的构成材料不同的多种薄膜太阳能电池作为处理对象。即，为了去除短路部而设定的带隙电压，可以重新设定为作为新的处理对象的种类的薄膜太阳能电池的光电转换中间层的构成材料所具有的带隙电压，由此这样的薄膜太阳能电池的短路部可以容易地被去除。

[0069] (B)其他的实施形态

[0070] 当然，第1电极3、光电转换中间层4及第2电极5等的材质并不限定于上述实施形态。

[0071] 上述实施形态中，说明了使一个探针12与电极1接触的情况，但为了带隙电压施加的稳定性，可以与原来一样使多个探针并列设置并与电极接触，或者，使线状或者面状的接触构件与电极接触。

[0072] 上述实施形态的说明中，说明了依次进行对于一对电极间的处理，但也可以并列进行对于不同位置的多对电极间的处理。

[0073] 上述实施形态中，示出了光电转换中间层是由单一层构成的情况，但本发明也适用于光电转换中间层是多层构成及化合物构成等情况。

[0074] 上述实施形态中，示出在了相邻的太阳能电池单元的银电极(第2电极)之间施加反向偏压去除短路部的情况，也可以在同一太阳能电池单元的透明电极(第1电极)及银电极(第2电极)之间施加反向偏压去除短路部。

[0075] 上述实施形态中，本发明适用于薄膜太阳能电池的短路部的去除，但是，具有基板上顺次层叠有第1电极、作为电力发生部而起作用的中间层、第2电极的电池单元并列设置的结构的其他的电池(例如，锂电池)的短路部的去除也可以适用于本发明。例如，如果为锂电池，可以将与在第1电极和第2电极之间蓄电、发挥产生电力功能的中间层的构成材料有关的带隙电压作为反向偏压来去除短路部。