CN107148679A - 太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池模块。太阳能电池模块(100)具备太阳能电池单元(101)、与太阳能电池单元电连接的配线材料(204)、覆盖太阳能电池单元的受光面密封材料(201)及背面密封材料(202)、受光面保护材料(200)、以及背面保护材料(203)。背面保护材料不含金属箔。背面金属电极与背面密封材料接触。背面金属电极的与背面密封材料接触的面的算术平均粗糙度小于0.1μm，背面密封材料具有交联烯烃树脂。

Description

太阳能电池模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池模块及其制造方法。
背景技术
太阳能电池模块构成为通过连接部件串联或并联电连接的多个太阳能电池单元(以下简单地记载为“电池”)被密封在玻璃板等受光面保护材料和背面保护材料(背板)之间。电池的密封通过在电池和受光面保护材料之间及电池和背板之间配置由EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)等树脂构成的密封材料来进行(例如专利文献1)。
太阳能电池模块(以下，简单记载为“模块”)由于在室外长期连续使用，因此要求高的耐湿性。因此，作为背面保护材料，一直使用在树脂层之间夹持有铝等金属箔的层叠薄膜。但是，使用含有金属箔的背板时，有时发生绝缘不良，所以近年来使用不含金属箔的背板。
在电池的表面设置有金属电极，金属电极和连接部件通过导电性粘接剂、焊料连接在一起。为了有效地回收光载流子，需要增大电池表面的金属电极的厚度使其低电阻化。为了增大电极的厚度，作为金属电极的材料，广泛使用银膏。另一方面，从电极材料的成本降低、低电阻化的观点来看，提出了通过电解镀敷而形成由铜等构成的金属电极的方法。
通过镀敷法形成的金属电极与使用银膏形成的金属电极相比，指出其与配线材料的密合性低。专利文献2中，提出了通过以高电流密度进行电解镀敷，从而增大电极表面的凹凸，提高通过导电性粘接剂的金属电极和配线材料的粘接性的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:WO2013/121549号国际公开小册子。
专利文献2:日本特开2011-204955号公报。
发明内容
要解决的技术问题
如专利文献2中提出的那样，在镀敷金属电极的表面设有凹凸的情况下，因金属电极与配线材料的接触面积减少，所以有接触电阻增大的趋势。另外，如果为了设置表面凹凸而以高电流密度实施电解镀敷，则金属电极的体积电阻变大。因此，在金属电极的表面凹凸大的情况下，有模块的填充因子(FF)降低的趋势。另外，根据本发明人等的研究发现，具有表面凹凸的金属电极在使用导电性粘接剂的情况下，与配线材料的粘接性高，但是在使用焊料的情况下，与配线材料的粘接性低，存在温度循环试验后的模块转换效率降低的趋势。
另一方面，金属电极的表面凹凸小时，有金属电极(未连接配线材料的部分)和密封材料的密合性低，耐湿试验后的转换效率降低的趋势，特别是在使用了不含金属箔的背板的情况下，该趋势显著。
这样，具备镀敷金属电极的电池难以兼得金属电极和配线材料的密合性及金属电极和密封材料的密合性、模块的长期可靠性不充分的问题明显。鉴于这些情况，本发明的目的在于，提供长期可靠性优异的太阳能电池模块。
用于解决课题的技术方案
设置于电池的背面的金属电极的表面粗糙度小，且以与背面金属电极连接的方式配置含有交联烯烃树脂的背面密封材料，从而，即使在使用不含金属箔的背板的情况下，也可获得长期可靠性优异的模块。
本发明的太阳能电池模块具备太阳能电池单元、与太阳能电池单元电连接的配线材料、覆盖太阳能电池单元的密封材料、设置于太阳能电池单元的受光面侧的受光面保护材料、及设置于太阳能电池单元的背面侧的背面保护材料。背面保护材料不含金属箔。
太阳能电池单元具备光电转换部、及设置于光电转换部背面的背面金属电极。在一实施方式中，光电转换部在单晶硅基板的受光面侧具有第一导电型硅系薄膜及受光面侧透明导电层，在单晶硅基板的背面侧具有第二导电型硅系薄膜及背面侧透明导电层。
背面金属电极既可以设置于光电转换部的整个背面侧表面，也可以设置为格网形状等图案状。背面金属电极包含由铜等构成的主导电层。主导电层优选通过镀敷法而形成。太阳能电池单元也可以在光电转换部的受光面具备受光面电极。
密封材料具有设置于太阳能电池单元和受光面保护材料之间的受光面密封材料、设置于太阳能电池单元和背面保护材料之间的背面密封材料。背面密封材料具有交联烯烃树脂。背面密封材料的凝胶分数优选为50％以上。受光面密封材料也优选具有交联烯烃树脂。
背面密封材料与太阳能电池单元的背面金属电极接触。背面金属电极的与背面密封材料接触的面的算术平均粗糙度小于0.1μm。背面密封材料和背面金属电极在85℃条件下的粘接强度优选为15N/cm以上。
发明的效果
根据本发明，获得背面金属电极与配线材料的接触电阻小、且耐湿性等可靠性优异的太阳能电池模块。
附图说明
图1是表示一实施方式的太阳能电池模块结构的示意性截面图。
图2是一实施方式的太阳能电池单元的示意性截面图。
符号说明
7.受光面电极
71.基底电极层
721.主导电层
722.导电性保护层
8.背面金属电极
81.基底电极层
821.主导电层
822.导电性保护层
50.光电转换部
101.太阳能电池元件
100.太阳能电池模块
200.受光面保护材料
201.受光面密封材料
202.背面密封材料
203.背面保护材料
204.配线材料
具体实施方式
如图1示意性所示，模块100具备多个电池101、与电池电连接的配线材料204、覆盖电池的受光面及背面的密封材料201及202、设置于受光面侧的受光面保护材料200、以及设置于背面侧的背面保护材料203。
电池101在光电转换部50的背面具备背面金属电极。在图1所示的方式中，在光电转换部50的受光面设置有受光面电极7。在光电转换部的背面侧设置有p型半导体层及n型半导体层的背接触型的电池，在光电转换部的受光面未设置有电极，只在背面设置有电极。
＜电池的构成＞
对于电池101的构成没有特别限定，可适用于晶体硅太阳能电池、使用GaAs等硅以外的半导体基板的太阳能电池、在非晶质硅系薄膜、晶质硅系薄膜的pin粘接或在pn粘接上形成有透明电极层的硅系薄膜太阳能电池、CIS、CIGS等化合物半导体太阳能电池、色素敏化太阳能电池、使用了导电性聚合物等的有机薄膜太阳能电池等各种太阳能电池。
图2是表示电池的一方式的示意性截面图。图2所示的电池101是所谓异质结电池，在单晶硅基板1的受光面侧依次具备本征硅系薄膜21、第一导电型硅系薄膜31及受光面透明导电层61，在单晶硅基板1的背面侧依次具备本征硅系薄膜22、第二导电型硅系薄膜32及背面侧透明导电层62。第一导电型硅系薄膜31和第二导电型硅系薄膜32具有不同的导电型，一个是p型，另一个是n型。
作为本征硅系薄膜21、22及导电型硅系薄膜31、32，使用非晶质硅薄膜、微晶硅薄膜(含有非晶质硅和晶质硅的薄膜)等，其中优选非晶质硅薄膜。这些硅系薄膜例如可以通过等离子体CVD法来形成。作为形成导电型硅系薄膜31、32时的p型及n型掺杂气体，优选使用B2H6及PH3。
作为透明导电层61、62，例如使用氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化钛及由它们的复合氧化物等构成的透明导电性金属氧化物。其中，优选以氧化铟为主要成分的铟系复合氧化物，更优选以氧化铟锡(ITO)为主要成分的氧化物。此外，所谓“主要成分”，是指含量为51重量％以上，优选含量为80重量％以上，更优选为90重量％以上。
(背面金属电极)
在光电转换部50的背面(图2中背面侧透明导电层62上)，设置有背面金属电极8。背面金属电极8表面的算术平均粗糙度Ra小于0.1μm。如果背面金属电极的Ra小且平滑，与配线材料204的接触面积就大，因此可以降低模块的接触电阻。另外，如果背面金属电极8平滑，则有通过焊料连接背面金属电极和配线材料204时的密合性提高的趋势。因此，放置在温度变化大的环境时也难以发生配线材料的剥离，得到耐久性高的模块。
背面金属电极8可以是单层，也可以层叠多层。图2中图示了在光电转换部50的整个背面设置有在基底电极层81上具有由主导电层821及导电性保护层822构成的镀敷电极层82的背面金属电极8的方式。
在光电转换部的整个背面侧形成背面金属电极的情况下，可以期望防止水分向电池的浸入。此外，在消除短路等目的下，在电池的周缘等一部分也可以存在未设置背面金属电极的区域，只要在光电转换部的背面侧表面的面积的大约90％以上的区域设置有背面金属电极，则可以认为形成于整个面。从可以可确实地防止水分浸入方面来看，背面电极的形成面积优选为光电转换部的95％以上，特别优选为100％。
背面金属电极也可以形成为图案状。在使用透光性的材料作为模块的背面保护材料203的情况下，只要背面金属电极形成格网状等图案状，则也可以从电池的背面侧取入光。作为背面金属电极的图案，优选由母线电极、及与母线电极正交的指形电极构成的格网状的图案。背面金属电极的指形电极根数优选根据抑制电流在背面金属电极及背面侧透明导电层中通过时的串联电阻的观点进行设计。作为结果，背面金属电极的指形电极根数优选为受光面电极的指形电极根数的2倍左右～3倍左右。
作为背面金属电极的形成方法，例如可举出溅射法等物理气相沉积(PVD)法、化学气相沉积(CVD)法、镀敷法等。背面金属电极由多层构成时，也可以通过不同的成膜方法进行各层的成膜。如图2所示，在背面金属电极8具有基底电极层81、主导电层821、及导电性保护层822的情况下，基底电极层优选通过溅射法、无电解镀敷形成，主导电层及导电性保护层优选通过电解镀敷形成。
基底电极层81是通过电解镀敷形成镀敷电极层82时的导电性基底层，期望使用导电性、化学稳定性高的材料。作为这种材料，可举出银、金、铝等。对于基底电极层的形成方法没有特别限定，优选以使表面达到平滑的方式形成。如果基底电极层的表面平滑，则形成于其上的镀敷电极层82也平滑，因此，可以形成Ra小于0.1μm的背面金属电极。
基底电极层也可以通过银膏等导电性膏形成，但因导电性膏中含有金属粒子，所以易在表面形成凹凸。从减小基底电极层的表面凹凸的观点来看，如上所述，基底电极层优选通过溅射法、无电解镀敷法形成，特别优选溅射法。在通过溅射法形成背面侧透明导电层的情况下，也可以连续进行背面侧透明导电层62和基底电极层81的成膜。
作为镀敷电极层82的材料，从抑制成本的观点来看，优选铝、铜等，从导电率的观点来看，更优选铜。作为镀敷电极层82，通过在由铜等构成的主导电层821上设置作为最表面层的导电性保护层822，能够抑制主导电层821的铜的氧化、铜向密封材料的扩散等。从确实地防止构成主导电层的金属的氧化或向密封材料的扩散的观点来看，优选以覆盖主导电层的方式设置导电性保护层。
作为导电性保护层822的材料，优选化学稳定性比主导电层高的材料。例如，在主导电层是铜的情况下，作为导电性保护层的金属材料，优选锡、银等，其中优选以锡为主要成分的材料。作为以锡为主要成分的材料，除锡单质外，可举出Sn-Ag-Cu系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Bi系合金等合金层。
如果在作为主导电层的铜之上形成锡作为导电性保护层，有时在两者的界面附近(例如距界面3μm以内的区域)形成合金层。如果在主导电层和导电性保护层的界面附近形成合金层，则有对主导电层的化学上的保护性提高的趋势，另一方面，有时会在合金层的部分产生缺陷，成为水分的浸入路径。在本发明中，如下所述，使用交联烯烃树脂作为背面密封材料，由此，即使在形成了合金层的情况下，水分的浸入也被抑制，得到可靠性优异的模块。
作为镀敷电极层82的主导电层821，在通过电解镀敷形成铜层的情况下，作为镀敷液，例如可使用酸性铜镀敷液。通过对其施加10mA/cm2～500mA/cm2左右的电流，可以使铜镀敷层在基底电极层上析出。适当的镀敷时间根据电极的面积、电流、阴极电流效率、厚度等适当设定。通过变更电流密度，可以调整金属析出的速率、或膜质(表面凹凸)。随着电流密度的增大，金属的析出速率增大，有在表面易形成凹凸的趋势。从形成Ra小且低电阻的背面金属电极的观点来看，电流密度优选10mA/cm2～100mA/cm2。
在主导电层821上形成导电性保护层822时，优选导电性保护层也通过电解镀敷法形成。通过电解镀敷形成锡层作为导电性保护层时，优选使用含有甲磺酸锡等的镀敷液，通过使其中通过0.1mA/cm2～50mA/cm2左右的电流，可以使作为导电性保护层的锡析出。
背面金属电极的厚度只要根据各层的材料等适当设定即可。在光电转换部的整个面形成背面金属电极时，从低电阻化的观点来看，背面金属电极的厚度例如优选1200～6000nm。在基底电极层81上通过镀敷形成主导电层821及导电性保护层822作为背面金属电极8时，基底电极层为8～100nm左右，主导电层为200～1000nm左右，导电性保护层为1000～5000nm左右即可。
通过电解镀敷形成图案状的镀敷电极层时，只要采用光刻法等图案形成法即可。例如，在整个面形成金属电极层后，在镀敷金属电极层上设置抗蚀剂，以使电极图案以外的部分成为抗蚀剂开口的方式进行曝光后，对金属电极层进行蚀刻去除，由此可以形成图案状的背面金属电极。另外，在光电转换部的背面的整个面通过溅射法、电解镀敷法形成基底电极层81后，在其上设置抗蚀剂，以使电极图案部分成为抗蚀剂开口的方式进行曝光，也可以使镀敷金属电极在开口部选择性析出。优选在镀敷电极形成后，将抗蚀剂剥离，对在镀敷电极间露出的基底电极层进行蚀刻去除。
(受光面电极)
在光电转换部50的受光面(图2中透明导电层61上)也可以形成有图案状的受光面电极7。对于受光面电极7的电极材料没有特别限定，可以使用金、银、铜、铝等金属，从电导率方面来看，优选使用银、铜。例如在以铜为主要成分的受光面电极的表面，为了抑制铜的氧化、向密封材料的扩散，优选设置受光面导电性保护层作为最表面层。作为受光面侧导电性保护层的材料，从化学稳定性高的观点来看，优选银、钛、锡、铬等。
受光面电极7可以通过喷墨法、丝网印刷法、导线粘接法、喷雾法、真空蒸镀法、溅射法等形成。从生产率的观点来看，通过镀敷法形成背面金属电极8的一部分或全部时，优选通过镀敷法形成受光面电极7的一部分或全部。通过镀敷法形成背面金属电极和受光面电极这两方时，更优选在两者中使用相同的材料，表背面同时进行镀敷。例如，在基底电极层81上形成以铜为主要成分的主导电层821和以锡为主要成分的导电性保护层822作为背面金属电极8的镀敷电极层82时，优选在基底电极层71上形成以铜为主要成分的主导电层721、及以锡为主要成分的导电性保护层722作为受光面电极7的镀敷电极层72。
与背面侧相比，受光面电极7的表面粗糙度的影响较小。因此，受光面电极7的算术平均粗糙度Ra也可以是0.1μm以上，作为基底电极层71也可以使用银膏等。从提高受光面电极7和配线材料204的粘接性，进一步提高对温度变化的耐久性的观点来看，优选受光面电极7的Ra小于0.1μm。
＜太阳能电池模块＞
在电池的模块化中，制作多个电池串联或并联连接的太阳能电池串。通过将配线材料204与受光面电极7、背面金属电极8连接来进行相邻的电池彼此的连接。以与太阳能电池串的受光面及背面接触的方式配置受光面密封材料201及背面密封材料202，在其外侧配置受光面保护材料200及背面保护材料203，通过进行按压等，使密封材料也在相邻的电池间的间隙、模块的端部流动，进行密封。
配线材料204是用于连接电池间或电池和外部电路的导电性的板状部件，具有弯曲性。作为配线材料的材料，一般使用铜。也可以利用被覆材料被覆铜等芯材料的表面。从使其与电池的电极的粘接变得容易的观点来看，也可以用焊料被覆配线材料的表面。配线材料和电池的连接通过用含有导电性微粒的树脂制粘接剂进行粘接的方法、通过焊接来进行。通过焊料连接表面粗糙度小的电极和配线材料时，有粘接性高、接触电阻小的趋势。
(保护材料)
作为配置于电池的受光面侧的受光面保护材料200，例示有玻璃基板(青板玻璃基板、白板玻璃基板)、聚氟乙烯薄膜(例如，TEDLAR薄膜(注册商标))等氟树脂薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜等树脂薄膜。从强度、光线透射率、及水分阻断性等观点来看，优选玻璃基板，特别优选白板玻璃基板。
受光面保护材料200使用玻璃等刚性部件时，从密封的容易性等观点来看，作为背面保护材料203使用挠性薄膜材料(背板)。树脂薄膜与玻璃等相比，水分的透过性高，因此，以往广泛使用由树脂夹持铝等金属箔的背板。另一方面，含有金属箔的背板易成为绝缘不良等缺陷的原因。
本发明的模块使用不含金属箔的背面保护材料203，因此，可以防止由背面保护材料引起的短路等。作为背面保护材料，使用聚氟乙烯薄膜(例如，TEDLAR薄膜(注册商标))等氟树脂薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜等。背面保护材料也可以是单层，也可以是将多个薄膜等层叠而成的结构。从降低制造成本的观点来看，更优选使用PET等单层薄膜。
(密封材料)
与电池101的背面侧接触设置的背面密封材料202具有交联烯烃树脂。所谓“交联性烯烃树脂”，是指通过加热可交联且交联固化后在80℃～150℃保持时不会软化而保持形状的树脂，将“交联性烯烃树脂”交联固化而成的树脂是“交联烯烃树脂”。此外，烯烃系TPV等在80℃以上流动的“动态交联型烯烃系热塑性弹性体”不包含在交联性烯烃树脂中。
作为烯烃树脂，可举出高密度聚乙烯(HDPE)、高压法低密度聚乙烯(LDPE)、直链状低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)乙烯/α-烯烃共聚物等链状聚烯烃、单环状烯烃聚合物、降冰片烯类聚合物等环状聚烯烃。作为交联性烯烃树脂组合物，优选以这些烯烃树脂为主要成分，且含有有机过氧化物等热自由基引发剂、热交联剂的热交联性烯烃树脂组合物。
交联烯烃树脂的交联状态(固化状态)根据凝胶分数可以确认。凝胶分数是将固化后的烯烃树脂在120℃的二甲苯中浸渍24小时后不溶成分的质量分数。固化后的交联烯烃树脂的凝胶分数优选为50％以上，更优选为70％以上，进一步优选为80％以上。由于凝胶分数满足上述范围，因此可以期望可靠性提高。
固化后的背面密封材料202的水蒸汽透过率优选3.0[g/m2/天]以下，更优选为2.6[g/m2/天]以下，进一步优选为1.5[g/m2/天]以下。通过使用水蒸汽透过率小的背面密封材料，可以进一步防止水分向电池的浸入，可以提高模块的长期可靠性。
如上所述，本发明中，由于电池的背面金属电极8的表面平滑，所以提高了背面金属电极8与配线材料402的粘接性。在像格网状电极的指状电极部分那样与配线材料不连接的区域，背面金属电极8与背面密封材料202接触。在背面金属电极8的表面平滑、Ra小的情况下，有背面金属电极8与背面密封材料202的密合性降低、水分容易浸入在背面金属电极和背面密封材料之间的趋势。特别是在使用不含金属箔的树脂片作为背面保护材料203的情况下，该趋势显著。另外，如上所述，如果在背面金属电极的主导电层和导电性保护层的界面附近形成合金层，则有时水分通过合金层的缺陷部分浸入。
作为密封材料通常使用的EVA因与水的接触导致乙酸易游离。游离酸成为腐蚀背面金属电极的原因，因此与Ra小的背面金属电极连接配置了EVA密封材料的模块，在长期可靠试验(特别是耐湿试验)中发生转换特性的降低。另外，使用非交联烯烃时，在80℃以上的高温下，树脂易软化，与背面金属电极的密合性进一步降低，有水分容易浸入的趋势。
与此相对，通过使用交联烯烃作为背面密封材料，即使在高温环境下，密封材料也不易流动，保持了背面密封材料和背面金属电极的粘接强度(反倒是有粘接强度提高的趋势)，因此，能够抑制水分向电池的浸入。因此，根据本发明，尽管背面保护材料不含金属箔，但能得到耐湿性优异的模块。
如上所述，本发明的模块因背面金属电极的表面平滑，所以背面金属电极与配线材料的接触电阻小，可以提高模块的输出。另外，即使产生温度变化时，也难以发生背面金属电极和配线材料的剥离，耐久性优异。通过表面平滑的背面金属电极和交联烯烃密封材料的组合，抑制了水分的浸入，提高了耐湿性。这样，根据本发明，得到同时实现接触电阻降低导致的转换效率的提高和长期耐久性的提高的模块。
从防止水分的浸入，提高长期可靠性的观点来看，背面密封材料和背面金属电极在85℃条件下的粘接强度优选为15N/cm以上，更优选为20N/cm以上，进一步优选为30N/cm以上。从防止水分的浸入的观点来看，粘接强度越高越优选，对于上限没有特别限制。通常，背面密封材料和背面金属电极在85℃条件下的粘接强度为200N/cm以下。
因非晶质硅薄膜等非晶质半导体层曝露在水分中时易劣化，所以异质结太阳能电池等含有非晶质半导体层的电池，多是长期可靠性成为问题。与此相对，通过使用交联烯烃树脂作为背面密封材料，即使在使用没有金属箔的背面保护材料的情况下，也可以抑制水分向电池的浸入，提高长期可靠性。
即使在背面金属电极的主导电层和导电性保护层之间形成有合金层的情况下，通过使用交联烯烃树脂作为背面密封材料，也可以抑制水分向电池的浸入，提高长期可靠性。因此，只要使用交联烯烃树脂作为与背面金属电极的导电性保护层接触的背面密封材料，通过导电性保护层，就能抑制由主导电层的氧化等引起的劣化、金属成分向主导电层的扩散，并且可以抑制水分向电池的浸入，因此得到可靠性优异的模块。
对于受光面密封材料的材料没有特别限定，优选使用烯烃树脂。烯烃树脂可以是交联性，也可以是非交联性。通过与背面密封材料同样地使用交联性烯烃，具有进一步提高模块的耐久性的趋势。
实施例
[实施例1]
(异质结太阳能电池的制作)
将在表背面形成了纹理的厚度为200μm的n型单晶硅晶片导入CVD装置，通过等离子体CVD，在受光面以5nm的膜厚制膜成i型非晶质硅，其上以7nm的膜厚制膜成p型非晶质硅成膜。接着，在晶片的背面侧以6nm的膜厚制膜成i型非晶质硅成膜，在其上以4nm的膜厚制膜成n型非晶质硅。在p型非晶质硅层及n型非晶质硅层的各个层上，以100nm的膜厚制膜成氧化铟锡(ITO)作为透明导电层。如上所述地进行操作，制作异质结太阳能电池的光电转换部。
通过溅射法，在背面侧透明导电层上的整个面，通过溅射法以100nm的膜厚形成银作为基底电极层。在受光面侧透明导电层上，按照由指状电极和母线电极构成的格网状的图案对Ag膏进行丝网印刷。通过等离子体CVD，在受光面的整个面以100nm的膜厚形成氧化硅层后，在180℃条件下进行退火，在Ag膏印刷区域的绝缘层形成成为电解镀敷的起点的开口(参照WO2013/077038的实施例)。
将在受光面的绝缘层形成有开口的基板投入电解铜镀浴中。镀敷液使用以硫酸铜五水合物、硫酸、及氯化钠分别成为120g/l、130g/l、及70mg/l的浓度的方式进行制备、并添加了添加剂(上村工业制造：商品名ESY-2B、ESY-H、ESY-1A)的物质。在温度25℃、电流700mA、时间7分钟的条件下进行镀敷。在受光面的Ag膏印刷区域的绝缘层的开口部上、及背面的基底层上的各个位置，以10μm左右的厚度均匀地析出铜。
然后，将基板投入锡镀浴。镀敷液使用将甲磺酸锡、甲磺酸及添加剂的浓度调整为锡浓度30g/l、总游离酸浓度1.0mol/l的镀敷液。在温度40℃、电流100mA、时间2分钟的条件下进行镀敷，在表背面的铜镀敷电极上，分别以3μm左右的厚度均匀析出锡。
然后，通过激光加工机以0.5mm的宽度去除电池外周部的硅晶片。
(模块化)
在得到的异质结太阳能电池的受光面电极的母线上及背面金属电极上，焊接作为配线材料的在受光面侧形成有高度40μm的凹凸的宽度1.5mm的光扩散标记线，制作多个电池被串联连接的太阳能电池串。
作为受光面保护材料，使用白板玻璃，作为受光面密封材料及背面密封材料，使用热交联性聚烯烃树脂薄膜，作为背面保护材料，使用具有30μm的厚度的PET的单层薄膜，以受光面保护材料、受光面密封材料、太阳能电池串、背面密封材料、及背面保护材料的顺序载置、层叠。作为热交联性聚烯烃树脂，使用将以聚乙烯为主要成分的烯烃树脂作为主原料、含有有机过氧化物系的热聚合引发剂的组合物。
将上述的层叠体投入热板温度为150℃的真空层压装置，进行5分钟的加热压接，用密封树脂将太阳能电池模块化后，在大气压、150℃条件下保持50分钟，使热交联性聚烯烃树脂交联固化，得到模块。
在同样的条件下进行热交联而形成的热交联聚烯烃树脂薄膜，在加热固化后，即使再次加热到150℃也不会软化而保持形状。将加热固化后的树脂薄膜在120℃的二甲苯中浸渍24小时后，将经80目筛的金属网过滤后的不溶成分在80℃条件下干燥16小时，测定不溶成分的质量。不溶成分的质量除以二甲苯浸渍前的树脂的质量所算出的凝胶分数为98％。
[实施例2]
(异质结太阳能电池的制作)
与实施例1同样地制作光电转换部后，在背面侧透明导电层上的整个面，通过溅射法以100nm的膜厚形成铜作为基底电极层。在其上进行抗蚀剂的涂布及曝光，形成由指状电极和母线电极构成的格网状图案的抗蚀剂开口。在受光面侧，与实施例1同样地进行操作，对Ag膏进行丝网印刷，形成氧化硅层后进行退火，在氧化硅层形成成为电解镀敷的起点的开口。
将上述的基板投入电解铜镀浴，与实施例1同样地进行电解镀敷，在受光面及背面的各个面使厚度约10μm的镀铜电极析出。实施例2中，不实施向铜镀敷电极的锡镀敷。铜镀敷后将抗蚀剂剥离，通过蚀刻去除在背面的铜镀敷电极间露出的基底电极层。
(模块化)
在得到的异质结太阳能电池的受光面电极的母线上及背面金属电极的母线上焊接配线材料，制作多个电池被串联连接的太阳能电池串。然后，与实施例1同样地使用热交联性聚烯烃薄膜作为受光面密封材料及背面密封材料进行密封，得到模块。
[实施例3]
受光面密封材料使用以聚乙烯为主要成分的非交联性的热塑性聚烯烃树脂薄膜，除此以外，与实施例1同样地操作，制作模块。
[比较例1]
作为受光面密封材料及背面密封材料，使用以聚乙烯为主要成分的非交联性的热塑性聚烯烃树脂薄膜，与实施例1同样地操作，制作太阳能电池模块。密封时，用热板温度为150℃的真空层压装置进行15分钟的加热压接，不实施之后的热交联处理。
在同样的条件下进行了加热的非交联烯烃树脂薄膜，再次加热到150℃时软化。树脂薄膜的凝胶分数为17％。
[比较例2]
(异质结太阳能电池的制作)
与实施例1同样地制作光电转换部后，在受光面侧透明导电层上及背面侧透明导电层上的各个部位对Ag膏进行丝网印刷，形成氧化硅层后进行退火，在氧化硅层形成成为电解镀敷的起点的开口。然后，与实施例1同样地实施铜镀敷及锡镀敷，在受光面及背面两面形成格网状的金属电极。
(模块化)
与实施例2同样地通过配线材料使相邻的太阳能电池单元的受光面和背面的母线电连接，制作太阳能电池串。与比较例1同样地使用热交联性聚烯烃薄膜作为受光面密封材料及背面密封材料进行密封，得到太阳能电池模块。
[比较例3]
与比较例2同样地制作异质结太阳能电池。然后，与比较例1同样地使用以聚乙烯为主要成分的非交联性的热塑性聚烯烃树脂薄膜作为受光面密封材料及背面密封材料进行密封，得到模块。
[评价]
(背面金属电极的表面粗糙度)
通过共焦点显微镜(Lasertec制H1200)观察连接配线材料前的背面金属电极的表面，基于JIS B 0601:2001(与ISO 4287:1997对应)，求出算术平均粗糙度Ra。
(背面金属电极与配线材料的接触电阻)
使探针接触于连接配线材料前的背面金属电极的相邻的2条母线上，测定2点间的电阻R0。连接配线材料后，使探针接触于与上述2点相同的位置的配线材料上，测定2点间的电阻R1。在背面的整个面形成有金属电极的实施例1、3及比较例1中，在相邻的配线材料连接(预定)部位的2点间测定配线材料连接前后的2点间的电阻R0及R1。将(R0－R1)/2作为每条配线材料的接触电阻。
(背面金属电极与配线材料的剥离力)
在室温(23℃)，利用数字测力计向90°方向拉伸密封前的太阳能电池串的配线材料，使其从背面金属电极剥离，测定剥离力。
(粘接强度试验)
对于实施例及比较例中制作的太阳能电池模块，通过90°剥离试验测定背面金属电极与背面密封材料的粘接强度。在模块背面以10mm宽度切口形成端部，利用数字测力计向90°方向拉伸使其剥离，测定剥离力。在室温(23℃)及将试样加热到85℃的状态下实施测定。
(耐湿性试验)
以IEC61215为基准进行耐湿性试验。测定太阳能电池模块的初始输出，然后，将太阳能电池模块在温度85℃、湿度85％以上的恒温恒湿槽中保持1000小时。然后，再测定太阳能电池模块的输出，求出1000小时的输出相对于太阳能电池模块的初始输出的比率(保持率)。
(温度循环试验)
以JIS C8917为基准实施温度循环试验。测定太阳能电池模块的初始输出，然后，导入试验槽，将在90℃条件下保持10分钟、以80℃/分钟降温至-40℃、在-40℃保持10分钟及以80℃/分钟升温至90℃作为1个循环，实施200个循环。然后，再次测定太阳能电池模块的输出，求出200个循环后的输出相对于太阳能电池模块的初始输出的比率(保持率)。
将实施例及比较例的太阳能电池模块的背面金属电极的构成及算术平均粗糙度Ra、背面金属电极和连接部件界面的特性(接触电阻及剥离力)、密封材料所使用的树脂的种类、背面金属电极与背面密封材料的剥离力、以及模块耐久试验结果表示于表1。
表1
对比实施例1～3和比较例2时可知，在背面金属电极的Ra大的比较例2中，与Ra小的实施例1～3相比，背面电极与密封材料的剥离力(粘接强度)大。另一方面，实施例1～3与比较例2相比，发现背面电极与配线材料的接触电阻小，剥离强度增大的趋势。比较例2与实施例1～3相比，温度循环试验后的保持率降低。
根据这些结果可知，通过使用与背面密封材料接触的面的算术平均粗糙度Ra小的背面金属电极，得到与配线材料的接触电阻低、与配线材料的粘接强度高且温度循环耐久性高的太阳能电池模块。
在使用非交联性烯烃作为密封材料的比较例1及比较例3中，室温下的背面电极与密封材料的剥离力与实施例1～3同等。另一方面，比较例1、3中，在85℃条件下的背面电极/密封材料间的剥离力大幅度降低，与此相反，在使用了交联性烯烃的实施例1～3中，在85℃条件下的剥离力为与室温同等以上。比较例1、3的模块耐湿试验后的保持率大幅降低，与此相对，实施例1～3的模块具有98％以上的保持率。
实施例2中，使用了非交联性烯烃作为受光面密封材料，但耐湿试验后的保持率为98％，虽然比实施例1、3稍低，但具有与两面的密封材料均使用热交联性烯烃的比较例2同等的保持率。根据该结果，认为由于受光面侧使用玻璃基板作为保护材料，所以比背面难以受到水分浸入的影响，即使在使用非交联性烯烃作为受光面密封材料的情况下，也可以较高地保持耐湿试验后的保持率。另一方面，认为使用不含金属箔的薄膜作为保护材料的模块的背面侧，水分容易浸入，但通过使用交联烯烃作为密封材料，水分向电池的浸入得到拦阻，具有高的耐湿性。
如上所述，在背面金属电极的Ra小且平滑的情况下，得到与配线材料的接触电阻低、初始转换特性优异的太阳能电池模块。另外，背面金属电极的Ra小时，背面金属电极与配线材料的密合性高，模块的温度循环耐久性提高。另一方面，背面金属电极的Ra小时，有在常温条件下的背面金属电极和密封材料的粘接力有些降低的趋势。通过使用热交联烯烃作为背面密封材料，水分阻断性提高，并且在高温环境中也可以保持背面金属电极与密封材料的密合性。因此，即使在背面金属电极的Ra小的情况下，也可以较高地保持模块的耐湿性。
这样，根据本发明，即使在使用不含金属箔的材料作为背面保护材料的情况下，也可得到初始转换特性及长期可靠性优异的太阳能电池模块。

Claims (13)

1.一种太阳能电池模块，其具备太阳能电池单元、与所述太阳能电池单元电连接的配线材料、覆盖所述太阳能电池单元的密封材料、设置于所述太阳能电池单元的受光面侧的受光面保护材料、以及设置于所述太阳能电池单元的背面侧的背面保护材料，其中，
所述太阳能电池单元具备光电转换部、以及设置于所述光电转换部背面的背面金属电极，
所述背面保护材料不含金属箔，
所述背面金属电极含有主导电层，
所述密封材料具有设置于所述太阳能电池单元和所述受光面保护材料之间的受光面密封材料、及设置于所述太阳能电池单元和所述背面保护材料之间的背面密封材料，
所述背面金属电极与所述背面密封材料接触，所述背面金属电极的与所述背面密封材料接触的面的算术平均粗糙度小于0.1μm，所述背面密封材料具有交联烯烃树脂。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，所述背面密封材料的凝胶分数为50％以上。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其中，所述背面密封材料和所述背面金属电极在85℃条件下的粘接强度为15N/cm以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池模块，其中，所述背面金属电极形成于所述光电转换部的整个背面侧表面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池模块，其中，所述太阳能电池单元在所述光电转换部的受光面具备受光面电极。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池模块，其中，
所述背面金属电极具有主导电层、以及作为背面侧的最表面层的导电性保护层，
所述导电性保护层与所述背面密封材料接触，
所述导电性保护层是化学稳定性比所述主导电层高的金属层。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池模块，其中，所述导电性保护层是以锡为主要成分的金属层。
8.根据权利要求6或7所述的太阳能电池模块，其中，
所述导电性保护层以覆盖所述主导电层的方式设置，
在所述主导电层和所述导电性保护层的界面附近，具有由所述主导电层的材料及所述导电性保护层的材料形成的合金层。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的太阳能电池模块，其中，所述主导电层是铜。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的太阳能电池模块，其中，所述受光面密封材料具有交联烯烃树脂。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的太阳能电池模块，其中，所述光电转换部在单晶硅基板的受光面侧具有第一导电型硅系薄膜及受光面侧透明导电层，在所述单晶硅基板的背面侧具有第二导电型硅系薄膜及背面侧透明导电层。
12.一种太阳能电池模块的制造方法，其是权利要求1～11中任一项所述太阳能电池模块的制造方法，其中，
所述背面金属电极的主导电层通过镀敷法形成。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池模块的制造方法，其中，在所述主导电层上，以覆盖所述主导电层的方式通过镀敷法形成有由化学稳定性比所述主导电层高的金属制成的导电性保护层。
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