CN110313073A - 太阳能电池模块 - Google Patents

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CN110313073A CN201880012628.XA CN201880012628A CN110313073A CN 110313073 A CN110313073 A CN 110313073A CN 201880012628 A CN201880012628 A CN 201880012628A CN 110313073 A CN110313073 A CN 110313073A
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Abstract

太阳能电池模块(200)在受光面保护材料(91)与背面保护材料(92)之间具备太阳能电池串(100)，在该太阳能电池串(100)中，通过带状的布线材料(81)将沿着第一方向相互分离配置的第一太阳能电池(101)与第二太阳能电池(102)连接。布线材料沿着第一方向具有凹凸区域(820)和平坦区域(810)，该凹凸区域(820)在第一主面设置有凹凸，该平坦区域(810)在第一主面未设置凹凸或者具有高度小于凹凸区域的凹凸，凹凸区域被设置为从第二太阳能电池的受光面遍及至第一太阳能电池的背面。

Description

太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池模块。
背景技术
对于使用单晶硅基板、多晶硅基板等结晶半导体基板的太阳能电池而言，一个基板的面积较小，因此在实际应用时，通过布线材料将多个太阳能电池电连接而进行模块化，提高输出。光不向太阳能电池的受光面的设置有布线材料的区域射入，因此成为屏蔽损失(Shadowing loss)的原因。公知有通过使用在受光面侧具有凹凸的光扩散布线材料来使照射的光在凹凸的倾斜面处向各种方向反射且使光向太阳能电池射入由此提高光利用率的方法。
将光扩散布线材料的受光面(凹凸形成面)与太阳能电池的背面电极连接的情况下，凹凸形成面与电极的接触面积较小，因此连接性不充分，可能成为电阻的增大引起的电损失、可靠性降低的原因。为了解决这样的问题，在专利文献1和专利文献2中提出有构成为在与太阳能电池的受光面连接的区域设置表面凹凸且在与太阳能电池的背面连接的区域不设置表面凹凸的布线材料。对于这样的布线材料而言，与太阳能电池的受光面电极的连接面和与太阳能电池的背面电极的连接面均是平坦的，因此能够使用焊接等将布线材料与太阳能电池稳定地连接。
专利文献1:日本特开2012-9681号公报
专利文献2:WO2007/067304号小册子
发明内容
本发明的目的在于提供能够兼顾光利用率与长期可靠性的太阳能电池模块。
太阳能电池模块具备：太阳能电池串、配置于受光面侧的透光性的受光面保护材料、配置于背面侧的背面保护材料、以及在受光面保护材料与背面保护材料之间密封太阳能电池串的密封材料。在太阳能电池串中，相互分离配置的第一太阳能电池与第二太阳能电池被带状的布线材料连接。
布线材料的第一主面与设置于第一太阳能电池的背面的电极连接，布线材料的第二主面与设置于第二太阳能电池的受光面的电极连接。布线材料沿着延伸方向具有在第一主面设置有凹凸的凹凸区域和在第一主面未设置凹凸或者具有高度小于凹凸区域的凹凸的平坦区域，凹凸区域被设置为从第二太阳能电池的受光面遍及至第一太阳能电池的背面。
在本发明的太阳能电池模块中，在布线材料的第一主面设置有凹凸，因此光利用率优异。布线材料的配置于太阳能电池的背面的部分具有平坦区域和凹凸区域双方，能够通过平坦区域提高太阳能电池与布线材料的电连接的可靠性。填充于在太阳能电池的背面配置的布线材料的凹凸与太阳能电池之间的密封材料有助于粘合性和缓冲性，因此能够提高太阳能电池模块的可靠性。
附图说明
图1是一实施方式的太阳能电池模块的电池单元连接方向的示意性剖视图。
图2是太阳能电池串的俯视图。
图3是与电池单元连接方向正交的方向的太阳能电池模块的剖视图。
图4是布线材料的简要立体图。
图5是切断前的布线材料的简要立体图。
具体实施方式
图1是太阳能电池模块(以下，记载为“模块”)的示意性剖视图。模块200沿着x方向具备多个太阳能电池101、102、103、104(以下，记载为“电池单元”)，各个电池单元相互分离地配置。各个电池单元在光电转换部50的受光面和背面分别具备电极60、70。邻接的电池单元中的一个电池单元的受光面电极60与另一个电池单元的背面电极70被沿x方向延伸的带状的布线材料81、82、83连接。这样，多个电池单元经布线材料被连接，由此形成太阳能电池串。
在太阳能电池串的受光面侧(图1的上侧)设置有具有透光性的受光面保护材料91，在背面侧(图1的下侧)设置有背面保护材料92。在模块200中，在保护材料91、92之间填充由密封材料95，由此密封太阳能电池串。
图2是太阳能电池串的俯视图，图2的A是受光面侧的俯视图，图2的B是背面侧的俯视图。图3是太阳能电池串的剖视图。图1与图2的A和图2的B的I-I线的剖面对应。图3的A是第一电池单元101的x方向的端部(图2的IIIA线)的剖视图，图3的B是第二电池单元102的x方向的中央部(图2的IIIB线)的剖视图。
作为电池单元，使用对结晶硅太阳能电池、具备GaAs等的硅以外的半导体基板的太阳能电池等，通过布线材料将太阳能电池间互连的类型。优选在构成电池单元的光电转换部50的受光面侧的表面形成有高度1～10μm左右的凹凸。在受光面形成凹凸，由此光截留效率提高，并且反射率降低。
设置于光电转换部50的受光面的受光面电极60具有规定的图案形状，能够从未设置有电极的部分获取光。受光面电极60的图案形状并不特别限定。如图2的A所示，受光面电极60例如形成为由沿y方向延伸的多个指形电极61、和与指形电极正交且沿x方向延伸的母线电极62构成的网格状。背面电极70可以与受光面电极相同地具有图案形状，也可以设置于光电转换部上的整面。在图2的B中，背面电极与受光面电极相同地为由指形电极71和母线电极72构成的网格状。此外，在图2的A和图2的B中，在母线电极上设置有布线材料，因此未图示母线电极。
布线材料81具有朝向受光面侧配置的第一主面和朝向背面侧配置的第二主面。在太阳能电池串100中，在第一电池单元101的背面电极70连接有布线材料81的第一主面，在第二电池单元102的受光面电极60连接有布线材料81的第二主面。
在设置于电池单元的表面的电极60、70与布线材料81之间设置有用于粘合两者的粘合材料96、97。作为粘合材料，使用焊料、导电性粘合剂、导电性薄膜等。在太阳能电池串100中，在与受光面电极60的连接面和与背面电极70的连接面中的任一者中，布线材料均是平坦的，因此在作为粘合材料96、97使用焊料的情况下存在粘合强度和粘合可靠性提高的倾向。
图4是与电池单元连接前的布线材料的简要立体图。布线材料81沿着延伸方向(x方向)具有平坦区域810和凹凸区域820。凹凸区域820是在第一主面设置有凹凸的区域。平坦区域810是第一主面的凹凸高度小于凹凸区域820的第一主面的凹凸高度的区域。优选在平坦区域810不设置凹凸。
布线材料81的x方向的长度是电池单元的x方向的一边的长度的大约2倍，在模块中，如图1所示，以从第一电池单元的一方(+x侧)的附近遍及至第二电池单元的另一方(-x侧)的端部附近的方式配置布线材料81。布线材料81的沿着x方向的凹凸区域820的长度大于沿着平坦区域810的x方向的长度。布线材料81在x方向的中心具有从-x侧朝向+x侧向下方(-z侧)倾斜的弯曲部825。在太阳能电池串100中，弯曲部825配置于邻接的两个电池单元101、102之间的间隙部分。以弯曲部825为边界，+x侧的区域81a是配置于第一电池单元101的背面的区域，-x侧的区域81b是配置于第二电池单元102的受光面的区域。
布线材料81的配置于第二电池单元102的受光面的区域81b整体被包含在凹凸区域820内。凹凸区域820还遍及至弯曲部825、和比弯曲部825靠+x侧的区域822。配置于第一电池单元101的背面的区域81a的沿着x方向的大部分是平坦区域810，但区域81a的靠近弯曲部825侧(-x侧)的端部与凹凸区域822重复。因此，在太阳能电池串100中，布线材料81的凹凸区域820设置为从第二电池单元102的受光面遍及至第一电池单元101的背面。
配置于电池单元的受光面的区域81b和弯曲部825整体被包含在凹凸区域820内，因此如图2的A所示，在太阳能电池串100中，从受光面侧看到的布线材料的第一主面的全部的区域是凹凸区域。
在布线材料的第一主面设置有凹凸，由此从受光面侧照射到布线材料的光被表面的凹凸散射反射。被布线材料的凹凸区域820散射反射的光被受光面保护材料91再次反射，能够从不配置布线材料的区域向电池单元射入，能够提高模块的光利用率。在太阳能电池串100中，在邻接的电池单元间的间隙的区域整体且在布线材料的第一主面设置有凹凸，能够使照射到配置于电池单元的间隙的布线材料的光也通过散射反射向电池单元射入，能够进一步提高模块的光利用率。
优选布线材料的材料是低电阻。由于是低成本，特别优选使用以铜为主成分的材料。为了使布线材料表面的凹凸构造引起的光反射量增大，优选以金、银、铜、铝等高光反射材料包覆凹凸区域820的第一主面的表面，也优选在其中设置有以银为主成分的金属层。
布线材料的凹凸区域820的凹凸构造只要能够使光进行散射反射即可，并不特别限定，可以是规则的形状也可以是不规则形状。作为凹凸形状的例子，能够列举金字塔状和倒金字塔状等锥形状、三棱柱形状以及半圆柱形状等柱形状。其中，由于能够将照射到布线材料的光以较大的角度散射反射，因此优选凹凸形状为与第一主面平行地延伸的柱形状，且优选与延伸方向正交的剖面是三角形状。即，优选在凹凸区域820设置有三棱柱形状的凸部，且特别优选多个三棱柱形状的凸部设置为平行地排列。凸部的剖面形状是三角形的情况下，优选凸部的斜面的仰角是20～70°。凸部的高度并不特别限定，但优选是5～100μm，更优选是10～80μm。
布线材料的宽度与电池单元的电极结构(例如母线电极的宽度、根数等)相应地选择，一般是0.5～3mm左右。一般，布线材料的宽度设定为与母线电极的宽度相同程度，但在电池单元表面设置宽度较小的母线(细线母线)的情况下，可以使布线材料的宽度大于母线电极的宽度。像后述的那样，也可以布线材料的平坦区域810的宽度W1与凹凸区域820的宽度W2不同。
在图4中，图示了凸部与延伸方向(x方向)平行地延伸的布线材料81，但凸部的延伸方向并不特别限定，也可以与x方向具有规定角度，也可以凸部沿与x方向正交的方向(y方向)延伸。在设置有与布线材料的延伸方向不平行地延伸的凸部的情况下，能够使来自各种角度(方位和高度)的光进行散射反射，将被受光面保护材料再反射的光获取到电池单元内。
如图3的B所示，在布线材料的第二主面不设置凹凸。因此，电池单元的受光面母线电极62与布线材料81的接触面积较大，能够提高电极与布线材料的粘合强度和粘合可靠性。另外，作为粘合材料96能够使用焊料连接电极与布线材料，因此能够提高粘合强度和粘合可靠性，并且降低材料成本。作为粘合材料96使用焊料的情况下，可以使用以焊料包覆区域81b的第二主面而得的布线材料81。也可以在布线材料81的弯曲部825和区域81a也以焊料包覆第二主面。
沿着x方向观察的情况下，配置于布线材料81的第一电池单元的背面侧的区域81a的大半是平坦区域810。因此，电池单元的背面母线电极72与布线材料81的接触面积较大，能够提高电极与布线材料的粘合强度和粘合可靠性。另外，与和受光面母线电极62的连接相同地，对于背面母线电极72与布线材料的接合而言，作为粘合材料97也能够使用焊料。这样，布线材料81中，在配置于电池单元的受光面的区域81b的第一主面设置凹凸，且使配置于背面的区域81a的第一主面为平坦部，由此能够兼顾散射反射引起的光利用率的提高、与电池单元之间的粘合强度和粘合可靠性的提高。
布线材料81的凹凸区域820也遍及至比弯曲部825靠+x侧的区域822，区域822与配置于第一电池单元101的背面的区域81a重复。因此，在第一电池单元101的端部中，如图3的A所示，布线材料81的设置有凹凸的第一主面与电池单元的背面相对。
通常，在电池单元的边缘附近不设置母线电极，因此在布线材料81的凹凸区域822与电池单元的背面相对的部分不设置背面母线电极。在布线材料81的凹凸区域822与电池单元的背面母线电极72相对的部分中，布线材料81与背面母线电极72可以连接，也可以不连接。若从布线材料81的配置于第一电池单元的背面侧的区域81a整体观察，则凹凸区域822的比例较小。布线材料81的平坦区域810经焊料等粘合材料97与背面母线电极连接，因此即便区域822不与背面母线电极连接，也能够充分确保背面母线电极72与布线材料81的电连接。
在模块200中，太阳能电池串100被密封在受光面保护材料91与背面保护材料92之间，因此如图3的A所示，在设置于布线材料81的区域822的凹凸的凹部填充密封材料95。在从与邻接的第二电池单元102之间的间隙部分遍及至第一电池单元101的背面的区域且在布线材料81的第一主面设置有凹凸，因此密封材料容易绕入凹凸区域822。密封材料具有缓冲的作用，因此能够抑制布线材料的凹凸引起的电池单元的背面的破损、破裂等机械损伤。另外，由于在表面设置有凹凸，因此在凹凸区域822的第一主面中，与平坦区域相比，与密封材料的粘合面积较大。因此，经密封材料能够确保与电池单元的背面的紧贴性，在凹凸区域822不经粘合材料与电池单元连接的情况下，也能够抑制布线材料81从电池单元的剥离等。
布线材料81的配置于第一电池单元的背面侧的区域81a中，作为凹凸区域820(822)的部分的x方向的长度L只要大于0即可。L大于0的情况下，在第一电池单元101与第二电池单元102之间的间隙的区域整体且在布线材料的第一主面设置有凹凸，因此能够进一步提高模块的光利用率。在第一电池单元的背面配置布线材料的凹凸区域，从提高密封材料引起的缓冲性和紧贴性的观点出发，优选L为2mm以上，更优选为3mm以上，进一步优选为4mm以上。另一方面，从充分地确保电池单元的背面电极与布线材料的电连接的观点出发，优选L为20mm以下，更优选为10mm以下，进一步优选为8mm以下。
优选布线材料81的凹凸区域820的y方向的宽度W2大于平坦区域810的y方向的宽度W1。如上所述，在布线材料81的凹凸区域820内形成有弯曲部825。若模块承受温度变化，则在电池单元和布线材料产生体积变化。电池单元与布线材料经粘合材料96、97被固定，因此存在由于电池单元与布线材料的尺寸变化之差而产生的变形向位于邻接的电池单元的间隙的布线材料集中的倾向。特别是，布线材料的弯曲部与其他部分相比容易产生裂缝、断裂。通过相对增大凹凸区域820的宽度W2，存在使弯曲部825的强度提高且使模块针对温度变化等的长期可靠性提高的倾向。
沿着延伸方向具有平坦区域810和凹凸区域820的布线材料的制造方法并不特别限定。例如，如图5所示，将沿着延伸方向交替地设置有平坦区域810和凹凸区域820的布线材料80配合电池单元的大小而切断，由此获得布线材料81。在图5中，图示为凹凸区域820比平坦区域810长。在切断前的布线材料80中，并非必须凹凸区域820的长度大于平坦区域810的长度，可以两者的长度相同，也可以平坦区域的长度较大。在配合电池单元的大小切断布线材料80时，只要以切断后的布线材料的凹凸区域820的长度大于平坦区域810的长度的方式调整切断位置即可。
在布线材料的表面设置凹凸区域和平坦区域的方法并不特别限定。例如，只要将通过滚子加工、冲压加工等形成凹凸的加工区域、与不形成凹凸的非加工区域沿着延伸方向交替地设置即可。另外，也可以是在遍及延伸方向整体地形成凹凸后，通过冲压加工等将凹凸形状压溃而设置平坦区域。
在凹凸区域通过冲压加工形成凹凸，在平坦区域不进行加工，由此能够容易地获得凹凸区域820的宽度W2大于平坦区域810的宽度W1的布线材料。在冲压加工中，通过来自第一主面侧的挤压在第一主面形成凹凸，并且加工区域的宽度W1大于非加工区域的宽度W2。
在一边使平坦的布线材料沿着延伸方向前进一边挤压滚子而设置凹凸的情况下，在滚子的挤压开始时难以形成凹凸。因此，存在若欲沿着延伸方向交替地设置凹凸区域和平坦区域，则凹凸区域与平坦区域的边界附近的凹凸区域的凹凸形状不均匀、凹凸高度不充分的情况。另一方面，在冲压加工中，沿着延伸方向间歇地进行加工，因此在边界附近，也能够可靠地形成凹凸。另外，在冲压加工中，不仅能够容易地形成与布线材料的延伸方向平行地延伸的凹凸，也能够容易地形成以与布线材料的延伸方向呈规定角度延伸的凹凸、沿与布线材料的延伸方向正交的方向延伸的凹凸。
若通过冲压加工设置凹凸，则凹凸区域820的宽度W2大于平坦区域810的宽度W1，且伴随于此凹凸区域820的布线材料的平均厚度d2小于平坦区域810的布线材料的厚度d1。如图3的B所示，设置于电池单元的受光面的布线材料的厚度d2较小，由此能够确保受光面保护材料91与布线材料81的间隙。因此，在密封材料的厚度较小的情况下，也能够可靠地进行布线材料的凹凸上的密封，能够提高模块的可靠性。另外，受光面侧的密封材料的厚度较小，由此密封材料引起的光吸收损失变小，因此也使得模块的性能提高。
在模块的制成中，首先，制成将多个电池单元经布线材料相互连接而得的太阳能电池串100。如上所述，优选将电池单元的电极与布线材料80经焊料连接。此时，布线材料的第一主面的平坦区域与电池单元的背面电极70连接，布线材料的第二主面与电池单元的受光面电极60连接。
太阳能电池串经由密封材料95被受光面保护材料91和背面保护材料92夹持，形成太阳能电池模块。优选将在受光面保护材料上依次载置受光面密封材料、太阳能电池串、背面密封材料以及背面保护材料而得的层叠体在规定条件下加热，使密封材料固化。像上述那样，在配置于电池单元的背面的布线材料的凹凸区域822不与电池单元的背面电极连接的情况下，将密封材料95绕入且填充于凹凸的凹部，因此通过缓冲作用和紧贴性提高作用，有助于模块的耐久性提高。
受光面保护材料91具有透光性，能够使用玻璃、透光性塑料等。作为背面保护材料92，能够使用具有将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等树脂薄膜、铝箔以树脂薄膜夹住而得的构造的层叠薄膜等。作为密封材料95，优选使用高密度聚乙烯(HDPE)、高压法低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯/乙酸乙烯酯/异氰脲酸三烯丙酯(EVAT)、聚丁酸乙烯酯(PVB)、硅、聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂等透光性的树脂。
附图标记说明
50…光电转换部；60、70…电极；61、71…指形电极；62、72…母线电极；101～104…太阳能电池；80、81、82、83…布线材料；810…平坦区域；820…凹凸区域；825…弯曲部；100…太阳能电池串；91、92…保护材料；95…密封材料；96、97…粘合材料(焊料)；200…太阳能电池模块。

Claims (4)

1.一种太阳能电池模块，其具备：太阳能电池串，在所述太阳能电池串中，通过布线材料将沿着第一方向相互分离配置的第一太阳能电池与第二太阳能电池连接；透光性的受光面保护材料，其配置于所述太阳能电池串的受光面侧；背面保护材料，其配置于所述太阳能电池串的背面侧；以及密封材料，其在所述受光面保护材料与所述背面保护材料之间密封所述太阳能电池串，其中，
所述布线材料为沿第一方向延伸的带状，并具有第一主面和第二主面，
所述布线材料的第一主面与设置于所述第一太阳能电池的背面的电极连接，所述布线材料的第二主面与设置于所述第二太阳能电池的受光面的电极连接，
所述布线材料沿着第一方向具有在第一主面设置有凹凸的凹凸区域和在第一主面未设置凹凸或者具有高度小于所述凹凸区域的凹凸的平坦区域，
所述凹凸区域被设置为从所述第二太阳能电池的受光面遍及到所述第一太阳能电池的背面。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，
在布线材料的表面，平行地延伸设置有三棱柱形状的凸部，由此构成所述凹凸区域。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其中，
所述凹凸区域的与第一方向正交的第二方向的宽度大于所述平坦区域的第二方向的宽度。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的太阳能电池模块，其中，
设置于所述第一太阳能电池的背面的电极与所述布线材料的平坦区域经焊料连接。
CN201880012628.XA 2017-03-30 2018-03-29 太阳能电池模块 Pending CN110313073A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

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