JP2001077395A

JP2001077395A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2001077395A
Application number: JP24847899A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hayashi; 伸二林
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-03-23
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP3972233B2

Abstract

(57)【要約】【課題】配線の構造を単純化して、電気接続部として
の信頼性が高く、かつ製造上のハンドリングが容易な太
陽電池モジュールを提供する。【解決手段】電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電極
である下電極層，光電変換層，透明電極層を順次積層し
てなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電
極層とを備え、単位光電変換部分を電気的に直列に接続
してなる薄膜太陽電池３１を有し、太陽電池の受光面側
および非受光面側の双方に保護層３３を設け、この保護
層３３は太陽電池の側方に延長して非発電領域を形成し
てなり、この非発電領域に配設した正負２極の主配線４
２と前記接続電極層とを電気的に接続して電力を外部に
取り出すように構成した太陽電池モジュールおいて、前
記基板の裏面に形成した接続電極層を前記非発電領域ま
で延長して形成し、この接続電極層の延長部分５０と主
配線４２とを電気的に接続してなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、可撓性基板を用
いた薄膜太陽電池を有する太陽電池モジュール、特にそ
の電力取り出し用の配線の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建
物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般
住宅用にも需要が広がってきている。

【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチック
フィルムおよび金属フィルムを用いたフレキシブルタイ
プの太陽電池の研究開発がすすめられている。このフレ
キシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピ
ングロール方式の製造方法により大量生産が可能となっ
た。

【０００５】上記の薄膜太陽電池は、フレキシブルな電
気絶縁性フィルム基板上に第１電極（以下、下電極とも
いう）、薄膜半導体層からなる光電変換層および第２電
極（以下、透明電極ともいう）が積層されてなる光電変
換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電
変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極
を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の
光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電
極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、
インバータにより交流化し商用電力源として交流１００
Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ
以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接
続される。

【０００６】このような光電変換素子とその直列接続
は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングお
よびそれらの組み合わせ手順により形成される。パター
ニングとしては、レーザパターニングやリフトオフパタ
ーニングが用いられる。少数の光電変換素子を直列接続
した薄膜太陽電池の構成および製造方法の概要につき、
以下に説明する（特開平１０−２３３５１７号公報参
照）。

【０００７】図９は、上記特許出願明細書に記載された
薄膜太陽電池の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）における線ＡＢＣＤおよびＢＱＣに沿っての断面
図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＥＥ断面図を示す。

【０００８】電気絶縁性でフレキシブルな樹脂からなる
長尺のフィルム基板上に、順次、第１電極層、光電変換
層、第２電極層が積層され、フィルム基板の反対側（裏
面）には第３電極層、第４電極層が積層され、裏面電極
が形成されている。光電変換層は例えばアモルファスシ
リコンのpin接合である。フィルム基板用材料として
は、例えば、ポリイミドのフィルムが用いられている。

【０００９】次に、製造工程の概要につき以下に説明す
る。

【００１０】先ず、フィルム基板にパンチを用いて、接
続孔ｈ１を開け、基板の片側（表側とする）に第１電極
層として、スパッタにより銀を成膜し、これと反対の面
（裏側とする）には、第３電極層として、同じく銀電極
を成膜する。接続孔ｈ１の内壁で第１電極層と第３電極
層とは重なり、導通する。

【００１１】成膜後、表側では、第１電極層を所定の形
状にレーザ加工して、下電極ｌ１〜ｌ６をパターニング
する。下電極ｌ１〜ｌ６の隣接部は一本の分離線ｇ２
を、二列の直列接続の光電変換素子間および周縁導電部
ｆとの分離のためには二本の分離線ｇ２を形成し、下電
極ｌ１〜ｌ６は分離線により囲まれるようにする。再度
パンチを用いて、集電孔ｈ２を開けた後、表側に、光電
変換層ｐとしてa-Si層をプラズマＣＶＤにより成膜す
る。マスクを用いて幅Ｗ２の成膜とし、レーザ加工によ
り二列素子の間だけに第１電極層と同じ分離線を形成す
る。

【００１２】さらに第２電極層として表側に透明電極層
（ＩＴＯ層）を成膜する。但し、二つの素子列の間とこ
れに平行な基板の両側端部にはマスクを掛け接続孔ｈ１
には成膜しないようにし、素子部のみに成膜する。次い
で裏面全面に第４電極層として銀電極を成膜する。第４
電極の成膜により、集電孔ｈ２の内壁で第２電極と第４
電極とが重なり、導通する。表側では、レーザ加工によ
り下電極と同じパターンの分離線を入れ、個別の第２電
極ｕ１〜ｕ６を形成し、裏側では第３電極と第４電極と
を同時にレーザ加工し、接続電極ｅ１２〜ｅ５６、およ
び電力取り出し電極ｏ１，ｏ２を個別化し、基板の周縁
部では表側の分離線ｇ３と重なるように分離線ｇ２を形
成し、隣接電極間には一本の分離線を形成する。

【００１３】全ての薄膜太陽電池素子を一括して囲う周
縁、および二列の直列接続太陽電池素子の隣接する境界
には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ３がある。分離線
ｇ３の中にはどの層も無い。裏側では、全ての電極を一
括して囲う周縁、および二列の直列接続電極の隣接する
境界には（周縁導電部ｆの内側）分離線ｇ２がある。分
離線ｇ２の中にはどの層も無い。

【００１４】こうして、電力取り出し電極ｏ１−集電孔
ｈ２−上電極ｕ１、光電変換層、下電極ｌ１−接続孔ｈ
１−接続電極ｅ１２−上電極ｕ２、光電変換層、下電極
ｌ２−接続電極ｅ２３−・・・−上電極ｕ６、光電変換
層、下電極ｌ６−接続孔ｈ１−電力取出し電極ｏ２の順
の光電変換素子の直列接続が完成する。

【００１５】なお、第３電極層と第４電極層は電気的に
は同一の電位であるので、以下の説明においては説明の
便宜上、併せて一層の接続電極層として扱うこともあ
る。

【００１６】図１０は、可撓性薄膜太陽電池の構成を簡
略化した斜視図を示す。基板６１の表面に形成した単位
光電変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続
電極層６３はそれぞれ複数の単位ユニットに完全に分離
され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。
このため、素子６２のアモルファス半導体部分である光
電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に
集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６
７（ｈ２）を介して背面の接続電極層６３に通じ、さら
に該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形
成された直列接続用の接続孔６８（ｈ１）を介して上記
素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びてい
る下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われてい
る。

【００１７】上記のような太陽電池は、電力取出し用の
配線を含む太陽電池モジュールとして構成されるが、こ
のモジュールは屋外に設置されるため、電力取出し用の
配線と一体化してエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）
で封止し、さらにエチレン・テトラフルオロエチレン共
重合体（ＥＴＦＥ）やシクロオレフィンポリマー（ＣＰ
Ｅ）などの防湿フィルム等の保護シートにより封止され
る。電力取出し用の配線は、モジュール外部と接続する
ための主配線と、主配線と一つまたは複数の太陽電池セ
ルとを接続するための従配線とから構成されている。太
陽電池セルは受光面と反対側の裏面電極から電力を取出
すように構成されているため、従配線はこの裏面電極と
接続される。

【００１８】図７は従来のフレキシブルタイプの太陽電
池モジュールの一例の構成を示す平面図であり、図８は
図７のＹ１−Ｙ１線に沿う断面図である。また、図６
は、この発明の説明の便宜上、図７および図８の要部を
簡略化して示した図である。

【００１９】図７および図８に示す太陽電池モジュール
４０では、複数の太陽電池素子４１が１方向に並べられ
ている。太陽電池素子の個数や配置は、太陽電池モジュ
ールの要求仕様により様々である。各太陽電池素子４１
の両側には、主配線４２，４３が互いに平行となるよう
に配置されている。各太陽電池素子４１の両電極は、そ
れぞれ従配線としての導電性粘着テープ４１ａ，４１ｂ
を介して主配線４２，４３と接続されている。

【００２０】これら太陽電池素子４１，導電性粘着テー
プ４１ａ，４１ｂ、および電極用配線４２，４３は、Ｅ
ＶＡなどの熱融着性プラスチック材である充填材４４に
よって封止されている。具体的には、下側の充填材シー
ト４４１の上に太陽電池素子４１，従配線としての導電
性粘着テープ４１ａ，４１ｂ、および主配線４２，４３
を配置し、その上から上側の充填材シート４４２を載置
し、熱融着することにより一体形成されている。また、
充填材４４の上面および下面には、耐候性フィルムとし
て、ＥＴＦＥなどのフッ素系フィルム材を用いた表面保
護材４５，４６が設けられている。

【００２１】さらに、太陽電池モジュール４１には、主
配線４２，４３の各一端部と接続される電力取り出し用
の端子部４７，４８が設けられている。これら端子部４
７，４８は、図示されていない電力ケーブルと接続さ
れ、各太陽電池素子４１で発電された電力を取り出し、
屋内に設置された電力変換器に送出する。

【００２２】簡略化された図６においては、複数の太陽
電池素子を含む太陽電池３１と、発電領域（ハッチング
部）３０の外の非発電領域に配設された主配線４２と、
従配線４１ａ，４１ｂと、太陽電池の受光面側および非
受光面側の双方に設けた保護層３３のみが、概念的に示
される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の太陽電
池モジュールにおいては、上記のとおり、太陽電池素子
の電極に相当する裏面電極に、従配線となる導電性テー
プを貼付け、そのテープを延長した他方の側を主配線に
貼付けて電力取出し用配線を構成している。裏面電極と
従配線との接続を、半田付けで行った場合には、接続部
の信頼性は、導電性テープを用いる場合より優れている
が、この場合には、半田付けによる熱的および機械的ス
トレスにより、接続面の裏側の薄膜光電変換層が損傷を
受けるので、上記のように、導電性テープを貼付ける方
法が採用されている。

【００２４】しかしながら、導電性テープを用いる方法
の場合、下記のような問題があった。この方法は接触面
積が限られるため、半田付けと比較して電気的接触部と
しての信頼性が低い問題がある。また、フレキシブルに
するために薄い導電性テープを使う必要性があるが、テ
ープ自体が、熱的，機械的ストレスに弱い問題がある。
さらに、製造上のハンドリングが難しいため自動化が困
難である問題があった。さらにまた外観上の問題とし
て、配線がＥＶＡやＥＴＦＥを通して見えてしまうため
これを隠すための処理・工程が必要となる等いくつかの
問題があった。

【００２５】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、配線の構造
を単純化して、電気接続部としての信頼性が高く、かつ
製造上のハンドリングが容易な太陽電池モジュールを提
供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明は、電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電
極である下電極層，光電変換層，透明電極層を順次積層
してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続
電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互
いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明
電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔
および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介
して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変
換部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池を有
し、この太陽電池を電気絶縁性の保護材により封止する
ために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に
保護層を設け、この保護層は太陽電池の側方に延長して
非発電領域を形成してなり、この非発電領域に配設した
正負２極の主配線と前記接続電極層とを電気的に接続し
て電力を外部に取り出すように構成した太陽電池モジュ
ールおいて、前記基板の裏面に形成した接続電極層を前
記非発電領域まで延長して形成し、この接続電極層の延
長部分と主配線とを電気的に接続してなるものとする
（請求項１）。

【００２７】前記接続電極層（裏面電極）の延長部分は
電極用金属がフィルム基板面全体に積層され、必要に応
じて、太陽電池素子のパターンニングと同様にレーザー
パターンニングやリフトオフパターンニングによって、
導電部と非導電部とを形成する。この裏面電極は、一部
は太陽電池素子とフィルム基板を介して対置している
が、他の大部分は太陽電池素子と対置しないフリーな面
となっている。この面に半田付けや圧着等の熱的、機械
的ストレスを加えても太陽電池素子にダメージを与える
ことはない。したがって配線のための接続が容易でかつ
信頼性が向上する。

【００２８】また、上記のものにおいて、前記保護層は
少なくとも、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）など
の有機材料の接着材からなる保護層と、エチレン・テト
ラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），シクロオレ
フィンポリマー（ＣＰＥ）などの防湿フィルムからなる
保護層を備えたものとする（請求項２）。これにより、
電気的接続部分が機械的，電気的に保護され、耐候性に
も優れた太陽電池モジュールが構成できる。

【００２９】さらに、前記主配線は、銅テープ，錫メッ
キ銅テープ，半田メッキ銅テープの内のいずれかを用い
（請求項３）、接続電極層の延長部分と主配線とは、主
配線上の複数箇所であって接続電極層との間に介在させ
た導電性ペースト，導電性接着剤または導電性両面粘着
テープにより接続してなるものとする（請求項４）か、
もしくは、接続電極層の延長部分と主配線とは、主配線
上の複数箇所であって接続電極層の延長部分に形成され
たスルーホールへの導電性ペーストまたは半田の充填溶
着により接続してなるものとする（請求項５）。これに
より、電気接続部としての信頼性が高く、かつ製造上の
ハンドリングが容易となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。

【００３１】図１は本発明の実施例に関し、図６と同様
に、複数の太陽電池素子６０ａを含む太陽電池３１と、
発電領域（ハッチング部）の外の非発電領域に配設され
た主配線４２と、接続電極層の延長部分５０と、太陽電
池の受光面側および非受光面側の双方に設けた保護層３
３のみを示す。この実施例においては、複数の太陽電池
素子６０ａは、主配線４２と並行に配置され、例えば図
の右側を正極とし左側を負極として直列接続が構成され
ている。

【００３２】図３は、図１における主配線４２と接続電
極層の延長部分５０との電気的接続の実施形態の一例を
示すもので、両者は、主配線４２の長手方向に複数介在
させた導電性接着剤４９を介して接続される。導電性接
着剤４９は、主配線４２の長手方向全域にわたって介在
させてもよいが、部分的に介在させる方が作業性がよ
い。主配線には、銅テープ，錫メッキ銅テープ，または
半田メッキ銅テープが用いられる。上記導電性接着剤に
代えて、導電性ペーストまたは導電性両面粘着テープを
用いることもできる。

【００３３】図２は、図１とは異なる太陽電池モジュー
ルの実施例を示す。図１と異なる点は、複数の太陽電池
素子６０ｂが主配線４２と直角に配置されていること
と、接続電極層の延長部分５０ａに、非導電部５０ｃの
パターニングが行われている点である。太陽電池の直列
接続は、接続電極層の延長部分５０ａにおける右下部５
１ａから始まり、右下部の太陽電池素子から右上部の太
陽電池素子にむけて直列接続され、その後、すぐ左側の
上部太陽電池素子に移行して下方素子に直列接続され、
順次上下をくりかえして、最終的に左下部の太陽電池素
子を経て左側の接続電極層の延長部分における左下部５
１ｂに接続されるように構成されている。

【００３４】図４に、図２における接続電極層の延長部
分５０ａの拡大図を示す。図２の実施例においては、図
４に示すように、主配線上の複数箇所であって接続電極
層の延長部分に形成されたスルーホール５２に対し、図
５に示すように、導電性ペーストまたは半田５３を充填
溶着することにより、接続電極層の延長部分５０ａと主
配線とが接続される。これにより、電気的にも機械的に
も、信頼性の高い接続が得られる。

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば前述のように、電気絶
縁性可撓性基板の表面に金属電極である下電極層，光電
変換層，透明電極層を順次積層してなる光電変換部と、
前記基板の裏面に形成した接続電極層とを備え、前記光
電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位
部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成
した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形
成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互い
に分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に
接続してなる薄膜太陽電池を有し、この太陽電池を電気
絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光
面側および非受光面側の双方に保護層を設け、この保護
層は太陽電池の側方に延長して非発電領域を形成してな
り、この非発電領域に配設した正負２極の主配線と前記
接続電極層とを電気的に接続して電力を外部に取り出す
ように構成した太陽電池モジュールおいて、前記基板の
裏面に形成した接続電極層を前記非発電領域まで延長し
て形成し、この接続電極層の延長部分と主配線とを電気
的に接続してなるものとしたことにより、配線の構造が
単純化され、電気接続部としての信頼性が高く、かつ製
造上のハンドリングが容易な太陽電池モジュールを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の太陽電池モジュールの要部概
略構成図

【図２】本発明の異なる実施例の太陽電池モジュールの
要部概略構成図

【図３】導電接着剤による接続構成図

【図４】スルーホールによる接続構成図

【図５】スルーホール部の拡大図

【図６】従来の太陽電池モジュールの要部概略構成図

【図７】従来の太陽電池モジュールの一例の概略構成図

【図８】図７のＹ１−Ｙ１線に沿う断面図

【図９】薄膜太陽電池の構成の一例を示す図

【図１０】薄膜太陽電池の斜視図

【符号の説明】

３０：発電領域、３１：太陽電池、３３：保護層、４
２：主配線、４９：導電性接着剤、５０，５０ａ：接続
電極層の延長部分、５０ｃ：非導電部、５２：スルーホ
ール、５３：導電性ペーストまたは半田、６０ａ，６０
ｂ：太陽電池素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性可撓性基板の表面に金属電極
である下電極層，光電変換層，透明電極層を順次積層し
てなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電
極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互い
に位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電
極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔お
よび前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介し
て，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換
部分を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池を有
し、この太陽電池を電気絶縁性の保護材により封止する
ために、太陽電池の受光面側および非受光面側の双方に
保護層を設け、この保護層は太陽電池の側方に延長して
非発電領域を形成してなり、この非発電領域に配設した
正負２極の主配線と前記接続電極層とを電気的に接続し
て電力を外部に取り出すように構成した太陽電池モジュ
ールおいて、前記基板の裏面に形成した接続電極層を前
記非発電領域まで延長して形成し、この接続電極層の延
長部分と主配線とを電気的に接続してなることを特徴と
する太陽電池モジュール。
【請求項２】請求項１記載のものにおいて、前記保護
層は少なくとも、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）
などの有機材料の接着材からなる保護層と、エチレン・
テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），シクロ
オレフィンポリマー（ＣＰＥ）などの防湿フィルムから
なる保護層を備えたことを特徴とする太陽電池モジュー
ル。
【請求項３】請求項１または２に記載のものにおい
て、前記主配線は、銅テープ，錫メッキ銅テープ，半田
メッキ銅テープの内のいずれかであることを特徴とする
太陽電池モジュール。
【請求項４】請求項１ないし３に記載のいずれかのも
のにおいて、接続電極層の延長部分と主配線とは、主配
線上の複数箇所であって接続電極層との間に介在させた
導電性ペースト，導電性接着剤または導電性両面粘着テ
ープにより接続してなることを特徴とする太陽電池モジ
ュール。
【請求項５】請求項１ないし３に記載のいずれかのも
のにおいて、接続電極層の延長部分と主配線とは、主配
線上の複数箇所であって接続電極層の延長部分に形成さ
れたスルーホールへの導電性ペーストまたは半田の充填
溶着により接続してなることを特徴とする太陽電池モジ
ュール。