CN102668113B - 太阳能电池模块 - Google Patents
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Abstract
作为连接薄片，具有：第一连接薄片(72)，其与所述第一太阳能电池单元(11)的背面的连接电极(62)电连接，并且延伸至所述第二太阳能电池单元(21)的背面侧；第二连接薄片(71)，其与所述第二太阳能电池单元(21)的受光面的连接电极(52)电连接，并且具有折回部，该折回部在所述第二太阳能电池单元(21)的所述第一太阳能电池单元(11)侧延伸至所述第二太阳能电池单元(21)的背面侧并折弯，其中，所述第一连接薄片(72)和所述第二连接薄片(71)在所述第二太阳能电池单元(21)的背面侧在如下区域被连接：在所述第一连接薄片(72)与所述第二连接薄片(71)重叠的重叠区域内的、在所述第一方向上比所述重叠区域窄的连接区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池模块。
背景技术
太阳能发电的发电成本尚高，为了太阳能发电的普及是需要进一步削减发电成本的。发电成本的削减手段大致分为“光电转换效率的提高”、“材料成本、制造成本的削减”、“太阳能电池模块的可靠性提高”这三种。
太阳能电池的光电转换效率的提高技术有多种，目前的晶体系硅(Si)太阳能电池大部分采用如下技术：在背面设置导电类型与所使用的基板相同的高浓度扩散层，通过该接合所具有的内置电场抑制背面的载流子的复合。将该构造称为BSF(Back Surface Field：背面电场)构造，背面的扩散层被称为BSF层。一般使用p型晶片，在背面印刷并烧制铝(Al)膏，从而使Al扩散来形成BSF层。
接着，从材料成本的观点看太阳能电池时，基板(晶片)占成本的大部分。近年来，还存在由于太阳能电池用硅(Si)原料的不足而晶片价格变贵的情况，太阳能电池制造商通过使用更薄的晶片来应对了该问题。然而，上述的使用Al膏的BSF层的形成还成为阻碍晶片的薄型化的主要原因。这是因为起因于烧制时的Al与Si的热膨胀率之差而产生如下问题：随着晶片的薄型化的推进而单元的翘曲变大，模块化时产生裂纹。
因此，目前推进将背面的钝化(passivation)从BSF层换为绝缘膜的技术的开发，可认为今后的太阳能电池是通过绝缘膜将背面钝化的太阳能电池成为主流。这种类型的太阳能电池的背面电极中存在电极以点的方式连接在晶片的背面的点接触和在晶片的背面以梳形设置电极的梳型电极这两种，从生产率的高低来看，可认为梳型电极成为主流。
最后从太阳能电池模块的可靠性的观点说明发电成本。例如在假定太阳能电池模块输出恒定的情况下，如果太阳能电池模块的寿命从10年延长为20年，则发电成本成为1/2。这样通过太阳能电池模块的长期可靠性的提高也能够降低发电成本。
在以非晶硅(a-Si)系太阳能电池为代表的集成型薄膜太阳能电池以外的太阳能电池中，在太阳能电池单元的制作完成后将各个太阳能电池单元相互连接来实现模块化。一个太阳能电池单元的电压小到0.5V~1V左右，因此对于太阳能电池单元，用称为薄片(或条板)的平板的导线、或称为互连器（interconnector）的金属箔将多个太阳能电池单元串联连接，以得到高电压。
在地面用太阳能电池中每一个太阳能电池单元的电流大，因此使用薄片，但是施加到该薄片的应力对太阳能电池模块的长期可靠性产生大的影响。即，太阳能电池模块被设置在室外，因此太阳能电池模块的温度循环变化，薄片反复膨胀、收缩。由此，薄片引起金属疲劳，最终破裂。因而，缓和薄片的应力在太阳能电池模块的长期可靠性的提高中是有效的。
对此，提出了如下技术等：通过太阳能电池单元与薄片之间的连接部位的研究，在薄片上设置松动部分的技术(例如参照专利文献1)；利用特异形状的互连器的技术(例如参照专利文献2)；利用立体地折弯的互连器的技术(例如参照专利文献3)。
专利文献1：日本特表2009-518828号公报
专利文献2：日本特开平6-196744号公报
专利文献3：日本特开2008-227085号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1的技术中，电流所流过的路径大幅延长，因此模块整体的电阻损耗增加。电阻损耗的增加引起模块的曲线因子(FF，fill factor)的降低，因此作为结果，产生使模块的转换效率降低的问题。
另外，在专利文献2和专利文献3中利用互连器来连接单元。但是，地面用太阳能电池的取出电流大，因此在利用互连器的情况下电阻变大，电阻损耗增加。因此，从太阳能电池的特性的观点来看，地面用太阳能电池中的互连器的应用困难。
另一方面，将专利文献3中的在单元与单元之间将互连器立体地折弯的想法应用于薄片并不困难。因此，假定在单元与单元之间将薄片立体地折弯来进行连接。在这种情况下，可认为在薄片与薄片之间的连接中产生问题。即，在薄片上涂有焊锡，当想要将薄片折弯来进行连接时，薄片的折弯部本身通过锡焊的热而被连接，无法简单地制作期望的构造。在想要制作期望的构造的情况下，必须使用如下方法：例如在薄片的折弯部中夹入不被锡焊的材质而连接薄片彼此以免折弯部被连接，或者在连接薄片彼此之后使薄片弯曲。但是，这些方法费劳力，在生产率上存在问题，并不实用。因此，可认为专利文献3的技术也难以应用于地面用太阳能电池。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种长期可靠性和发电成本优良的太阳能电池模块。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，并达到目的，本发明所涉及的太阳能电池模块是通过由导电材料构成的连接薄片将第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元电串联连接而成，该第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元将各自的面内方向设为大致相同而在第一方向上相邻，并且在受光面和背面具有连接电极，该太阳能电池模块的特征在于，作为所述连接薄片，具有：第一连接薄片，与所述第一太阳能电池单元的背面的连接电极电连接，并且延伸至所述第二太阳能电池单元的背面侧；第二连接薄片，与所述第二太阳能电池单元的受光面的连接电极电连接，并且具有折回部，该折回部在所述第二太阳能电池单元的所述第一太阳能电池单元侧延伸至所述第二太阳能电池单元的背面侧并折弯，其中，所述第一连接薄片和所述第二连接薄片在所述第二太阳能电池单元的背面侧在如下区域被连接：在所述第一连接薄片与所述第二连接薄片重叠的重叠区域内的、在所述第一方向上比所述重叠区域窄的连接区域。
发明的效果
根据本发明，连接薄片的松动部分增加，其结果，因模块温度的循环变化引起的向连接薄片的应力缓和，能够防止起因于热应力的连接薄片的破裂，因此起到如下效果：提高长期可靠性来能够降低发电成本。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的概要结构的示意图。
图2是将构成本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的太阳能电池单元的连接部放大示出的示意图，是将图1中的连接部放大示出的图。
图3-1是构成本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的太阳能电池单元的受光面侧的俯视图。
图3-2是构成本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的太阳能电池单元的与受光面相反侧(背面)的俯视图。
图3-3是表示本发明的实施方式所涉及的太阳能电池单元的结构的主要部分截面图。
图4是表示在连接薄片的折回部中的太阳能电池单元的背面侧的整体上设置连接部的情况的示意图。
图5是表示用一条连接薄片来连接太阳能电池模块彼此的以往的太阳能电池模块的连接方法的示意图。
图6是表示在太阳能电池单元之间将连接薄片立体地折弯来进行连接的情况的示意图。
图7-1是表示本实施方式所涉及的太阳能电池模块中的背面电极的图案的一例的主要部分俯视图。
图7-2是表示本实施方式所涉及的太阳能电池模块中的背面电极的图案的一例的主要部分截面图。
（附图标记说明）
1：半导体基板；2：杂质扩散层；3：反射防止膜；4：背面绝缘膜；5：受光面电极；6：背面电极；10：半导体基板；11：太阳能电池单元；21：太阳能电池单元；51：受光面栅极电极；52：受光面汇流电极；61：背面栅极电极；62：背面汇流电极；71：连接薄片；72：连接薄片；73：连接部。
具体实施方式
下面，根据附图详细说明本发明所涉及的太阳能电池模块的实施方式。此外，本发明不限定于下面的描述，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够适当进行变更。另外，在以下示出的附图中，为了便于理解，各部件的缩尺有时与实际不同。在各附图之间也同样。
实施方式
图1是表示本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的概要结构的示意图。图2是将构成本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的太阳能电池单元11、21的连接部放大示出的示意图，是将图1中的连接部R放大示出的图。图3-1是构成本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的太阳能电池单元11、21的受光面侧的俯视图，图3-2是构成本发明的实施方式所涉及的太阳能电池模块的太阳能电池单元11、21的与受光面相反侧(背面)的俯视图。图3-3是表示本发明的实施方式所涉及的太阳能电池单元11、21的结构的主要部分截面图。此外，图1相当于图3-1的线段A-A上的截面。另外，图3-3相当于图3-1的线段B-B上的断面。
在本实施方式所涉及的太阳能电池单元11、21中，在作为具有光电转换功能的太阳能电池基板的、具有pn结的半导体基板10的受光面侧，形成有由硅氮化膜构成的反射防止膜3。半导体基板10在例如由p型硅构成的半导体基板1的受光面侧通过磷扩散形成有杂质扩散层(n型杂质扩散层)2。
作为半导体基板1，能够使用p型单晶或多晶的硅基板。此外，基板并不限定于此，也可以使用n型硅基板。另外，在反射防止膜3中也可以使用硅氧化膜。另外，在太阳能电池单元的半导体基板1的受光面侧的表面，作为纹理构造也可以形成有微小凹凸。微小凹凸成为如下构造：在受光面中增加吸收来自外部的光的面积，抑制受光面中的反射率，封闭光。
另外，在半导体基板1的受光面侧，由包括银、玻璃的电极材料构成的呈梳型的受光面电极5穿过反射防止膜3而与杂质扩散层(n型杂质扩散层)2电连接来设置。作为受光面电极5，在半导体基板1的受光面的面内方向上排列设置有多个长条细长的受光面栅极电极51，而且与该受光面栅极电极51导通的受光面汇流电极52在半导体基板1的受光面的面内方向上被设置成与该受光面栅极电极51大致正交，分别在底面部与杂质扩散层2电连接。
另一方面，在半导体基板10的背面(与受光面相反侧的面)，遍及整体而设置有作为绝缘膜的背面绝缘膜4。通过在半导体基板10的背面设置背面绝缘膜4，能够使硅基板的背面的缺陷非活性化。在背面绝缘膜4中使用硅氮化膜、硅氧化膜。
另外，在半导体基板10的背面(与受光面相反侧的面)，由包括银、玻璃的电极材料、例如银(Ag)-铝(Al)系合金构成的呈梳型的背面电极6穿过背面绝缘膜4而与半导体基板1电连接来设置。作为背面电极6，在半导体基板1的背面的面内方向上排列设置有多个长条细长的背面栅极电极61，而且与该背面栅极电极61导通的背面汇流电极62在半导体基板1的背面的面内方向上被设置成与该背面栅极电极61大致正交，分别在底面部与半导体基板1电连接。此外，在图1中，省略了太阳能电池单元的结构的一部分。
另外，在太阳能电池单元21的受光面汇流电极52之上，沿着该受光面汇流电极52的长度方向连接有连接薄片（tab）71。连接薄片71由导电率高的材料、例如以铜为主成分的金属构成。连接薄片71通过涂在其整个面上的焊锡而被固定在受光面汇流电极52之上。另外，对于连接薄片71的尺寸(宽度、厚度)不特别限制，与受光面汇流电极52的尺寸等各条件相匹配地适当设定。
而且，连接薄片71的一端在太阳能电池单元11中具有折回部。即，从太阳能电池单元21的外缘部向太阳能电池单元11侧延伸，并向太阳能电池单元21的厚度方向折弯，进一步在太阳能电池单元21的背面向太阳能电池单元21的背面的面内方向折弯。即，连接薄片71的太阳能电池单元11侧的一端在太阳能电池单元21的外缘部折弯成大致日语“コ”字型。此外，在此示出了折弯成大致“コ”字型的折回部，但是该折回部也可以设为圆弧状。
另一方面，在太阳能电池单元11的背面汇流电极62之上，沿着该背面汇流电极62的长度方向连接有连接薄片72。连接薄片72由导电率高的材料、例如以铜为主成分的金属构成。连接薄片72通过涂在其整个面上的焊锡而被固定在背面汇流电极62之上。另外，对于连接薄片72的尺寸(宽度、厚度)不特别限制，与受光面汇流电极52的尺寸等各条件相匹配地适当设定。而且，连接薄片72的一端从太阳能电池单元11的外缘部至太阳能电池单元21的背面侧的下部向太阳能电池单元21侧延伸。
而且，连接薄片71与连接薄片72在太阳能电池单元21的背面侧相连接。连接薄片71与连接薄片72通过涂在它们的整个面上的焊锡的一部分熔融并冷却而成的连接部73如图2所示那样被固定。即，连接薄片71与连接薄片72在太阳能电池单元21的背面侧具有重叠区域。而且，通过设置在该重叠区域内的、在连接薄片71(连接薄片72)的长度方向上比重叠区域窄的连接区域中的连接部73，连接薄片71与连接薄片72相连接。在本实施方式所涉及的太阳能电池模块中，通过这样将连接薄片71与连接薄片72在太阳能电池单元21的背面侧进行连接，太阳能电池单元11与太阳能电池单元21经由连接薄片71和连接薄片72电串联连接。
为了这样将连接薄片71与连接薄片72在连接部73中进行连接，在将如图1所示那样折弯的连接薄片71与连接薄片72对置配置之后，仅对连接薄片71与连接薄片72(或者某一方)的一部分进行加热来使涂在薄片的表面的焊锡熔融。然后，使连接薄片71与连接薄片72抵接来粘贴，由此通过涂在整个面上的焊锡的一部分熔融并冷却而成的连接部73将连接薄片71与连接薄片72进行连接。另外，连接薄片71与连接薄片72也可以通过焊接来设置连接部73并进行连接。此外，太阳能电池单元11、21是利用公知方法来制作的。
此外，在此为了便于说明，作为构成太阳能电池模块的太阳能电池单元示出了两个太阳能电池单元11、21，但是构成太阳能电池模块的太阳能电池单元的数量不限于此，也能够将多数的太阳能电池单元进行连接来构成太阳能电池模块。
在本实施方式所涉及的太阳能电池模块中，如上所述那样与太阳能电池单元21的受光面汇流电极52相连接的连接薄片71在折回部中向该太阳能电池单元21的背面侧折弯，被折弯的连接薄片71的前端部与连接在太阳能电池单元11的背面汇流电极62上的连接薄片72相连接。而且，如图1、图2所示，“α”被设定为比“Z”短。例如，在图1中，连接薄片71的松动部分（play）、即未与连接薄片72连接的连接薄片71的长度为“X+Y+Z-α”。
在此，“α”是太阳能电池单元11(太阳能电池单元21)的面内方向的连接薄片72(连接薄片71)的长度方向上的连接部73的长度。“X”是折回部中的太阳能电池单元21的受光面侧的连接薄片71从受光面汇流电极52起的延伸长度。“Y”是折回部中的太阳能电池单元21的厚度方向上的连接薄片71的长度。“Z”是折回部中的太阳能电池单元21的背面侧的连接薄片71的折回长度。
这样，将“α”设定为比“Z”短来将连接薄片71的松动部分设为“X+Y+Z-α”，由此增加连接薄片71的松动部分，即使由于太阳能电池模块的热膨胀、热收缩而对连接薄片71和连接薄片72施加热应力的情况下，也能够缓和该热应力。当例如由于太阳能电池模块的热收缩而太阳能电池单元11与太阳能电池单元21的间隔变大时，连接薄片71和连接薄片72被施加拉伸应力。即，连接薄片71和连接薄片72向拉伸的方向被施加应力。
因此，通过设置如上所述的连接薄片71的松动部分，通过连接薄片71的背面侧的松动部分来缓和该热应力，能够防止连接薄片71和连接薄片72由于拉伸的方向的应力而破裂。这样，将与太阳能电池单元21的受光面电极5相连接的连接薄片71向该太阳能电池单元21的背面侧折弯来与连接薄片72进行相互连接，由此增加连接薄片71的松动部分，其结果，因模块温度的循环变化引起的向连接薄片71和连接薄片72的应力被缓和，能够通过简便的结构来防止起因于热应力的连接薄片71、72的破裂。由此，提高太阳能电池模块的长期可靠性，能够降低发电成本。
另外，根据该方法，不是如专利文献1那样电流所流过的路径极端延长，因此能够抑制因串联电阻的增加引起的FF的降低，能够得到转换效率高的太阳能电池模块。
另外，背面电极为设置成梳形的梳型电极，因此与同样地具备背面绝缘膜的点接触构造的太阳能电池模块相比生产率高。
图4是表示在折回部中的太阳能电池单元21的背面侧的整体上设置连接部73的情况的示意图。如果连接部73如图4所示那样在太阳能电池单元11(太阳能电池单元21)的面内方向的连接薄片72(连接薄片71)的长度方向上遍及至被折弯的连接薄片71的折回部的整体(Z=α’)，则连接薄片71的松动部分成为“X+Y”，无法充分缓和因模块温度的循环变化引起的向连接薄片71和连接薄片72的应力。
另外，图5是表示用一条连接薄片71连接太阳能电池模块彼此的以往的太阳能电池模块的连接方法的示意图。在这种情况下，实质上在连接薄片71中不存在松动部分，因此当例如由于太阳能电池模块的热收缩而太阳能电池单元11与太阳能电池单元21的间隔变大时，连接薄片71被施加拉伸应力，连接薄片71向拉伸的方向被施加应力。而且，由于该应力而连接薄片71破裂。
另外，图6是表示在太阳能电池单元11与太阳能电池单元21之间将连接薄片72立体地折弯来将连接薄片71与连接薄片72进行连接的情况的示意图。在这种情况下，薄片与薄片的连接中产生问题。即，在连接薄片72上涂有焊锡，当想要将连接薄片72折弯来进行连接时，连接薄片72的折弯部本身通过锡焊的热而被连接，无法简单地制作期望的构造。在想要制作期望的构造的情况下，需要使用如下方法：例如在连接薄片72的折弯部中夹入不被锡焊的材质而将薄片彼此连接以免折弯部被连接，或者在将薄片彼此连接之后使薄片弯曲。但是，这些方法费劳力，在生产率上存在问题，并不实用。
此外，太阳能电池单元21的背面被背面绝缘膜4所覆盖。因此，即使连接薄片71向太阳能电池单元21的背面侧折弯而与连接薄片72进行相互连接，太阳能电池单元21与连接薄片71不会连接，确保太阳能电池单元21的背面与连接薄片71的绝缘，并且确保连接薄片71的松动部分。如果连接薄片71的被折弯的前端与背面电极6接触，则能够通过如图7-1和图7-2所示那样变更背面电极6(背面栅极电极61、背面汇流电极62)的图案来解决，不会成为大的问题。即，如图7-1和图7-2所示，能够通过避开连接薄片71的配置区域来设置背面电极6(背面栅极电极61、背面汇流电极62)的图案来解决。图7-1是表示本实施方式所涉及的太阳能电池模块中的背面电极6(背面栅极电极61、背面汇流电极62)的图案的一例的主要部分俯视图。图7-2是表示本实施方式所涉及的太阳能电池模块中的背面电极6(背面栅极电极61、背面汇流电极62)的图案的一例的主要部分截面图，相当于图7-1的线段C-C上的截面。
如上所述，在本实施方式所涉及的太阳能电池模块中，将与太阳能电池单元21的受光面电极5相连接的连接薄片71向该太阳能电池单元21的背面侧折弯来与连接薄片72进行相互连接。由此，连接薄片71的松动部分增加，其结果，因模块温度的循环变化引起的向连接薄片71和连接薄片72的应力缓和，能够通过简便的结构来防止起因于热应力的连接薄片71、72的破裂。因而，根据本实施方式所涉及的太阳能电池模块，能够得到长期可靠性和发电成本优良的太阳能电池模块。
此外，在连接薄片的折弯这一点上本实施方式与专利文献3相同，但是在专利文献3中在单元间存在薄片的折弯部，薄片与薄片的接合存在于单元间。与此相对，在本实施方式所涉及的太阳能电池模块中，连接薄片71与连接薄片72的接合存在于太阳能电池单元21的背面，在这一点上大为不同，由此得到的本发明的效果在专利文献3中是无法得到的。另外，连接薄片71隔着太阳能电池单元21而折弯，因此还能够避免如图6所示那样的薄片与薄片的连接时薄片折弯部被连接这种问题。
另外，在上述中，假定了通过在p型半导体基板1的受光面侧扩散n型掺杂剂来形成pn结的太阳能电池，但是也能够使用通过在n型半导体基板的受光面侧扩散p型掺杂剂来形成pn结的太阳能电池。在这种情况下也能够得到本发明的效果。
产业上的可利用性
如上所述，本发明所涉及的太阳能电池模块有用于实现长期可靠性和发电成本优良的太阳能电池模块。
Claims (5)
1.一种太阳能电池模块，通过由导电材料构成的连接薄片将第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元电串联连接而成，该第一太阳能电池单元和第二太阳能电池单元将各自的面内方向设为大致相同并在第一方向上相邻，并且在受光面和背面具有连接电极，该太阳能电池模块的特征在于，
作为所述连接薄片，具有：
第一连接薄片，与所述第一太阳能电池单元的背面的连接电极电连接，并且延伸至所述第二太阳能电池单元的背面侧；以及
第二连接薄片，与所述第二太阳能电池单元的受光面的连接电极电连接，并且具有沿着第二太阳能电池单元的外缘部的折回部，该折回部在所述第二太阳能电池单元的所述第一太阳能电池单元侧延伸至所述第二太阳能电池单元的背面侧并向面内方向折弯，
其中，所述第一连接薄片和所述第二连接薄片在所述第二太阳能电池单元的背面侧在如下区域被连接：在所述第一连接薄片与所述第二连接薄片重叠的重叠区域内的、在所述第一方向上比所述重叠区域窄的连接区域。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述第二太阳能电池单元在背面具备钝化膜。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述第二太阳能电池单元的背面的连接电极是呈梳形形状的梳形电极。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述梳形电极被设置在除了被折弯至所述第二太阳能电池单元的背面侧的所述第二连接薄片的配置区域以外的区域。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于，
所述折回部在所述第二太阳能电池单元的厚度方向上被设为圆弧状。
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