JP2004200517A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】融点の高いはんだを使用しても太陽電池素子の割れや特性低下といった問題を発生させることのない太陽電池モジュールとその製造方法を提供する。
【解決手段】受光面側電極と反受光面側電極とを有する複数の太陽電池素子１を上記電極上の複数の接続箇所９でインナーリード３に接続した太陽電池モジュールであって、上記インナーリード３の接続箇所９に複数の凹部１０が存在する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュールおよびその製造方法に関し、特に複数の太陽電池素子をインナーリードで接続することによって構成される太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また、野外に太陽電池を取り付けた場合、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。このため、複数の太陽電池素子を接続して透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入して太陽電池モジュールとして使用するのが一般的である。
【０００３】
この複数の太陽電池素子を接続するには、銅などからなる金属箔の表面にはんだを被覆したインナーリードを、太陽電池素子の表面にあるはんだを被覆した電極上に重畳した状態ではんだ溶融温度以上の温度に加熱し、インナーリードのはんだと電極上のはんだで溶着する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６は太陽電池素子にインナーリードを接続する従来の方法を説明するための図であり、図７は太陽電池素子にインナーリードを接続した後の状態を示す図である。図６および図７において、１は太陽電池素子、３はインナーリード、５は押しつけピン、６は押しつけピン駆動用シャフト、７はホットエアー吹き出しノズルを表す。
【０００５】
押しつけピン５は押しつけピン駆動用シャフト６の先端に取り付けられており、駆動機構によって上下に駆動し、特に下方向へはスプリングなどの圧力を利用して一定の圧力で押さえるようになっている。また、押しつけピン５は、直径約３ｍｍ、高さ約５ｍｍの円柱状の炭素工具鋼で、これにニッケルメッキを施したものなどを用いている。
【０００６】
インナーリード３の太陽電池素子１への取り付けは、取り付ける太陽電池素子１の受光面側電極１３の上へインナーリード３を配設し、その後駆動用シャフト６の先端につながった押しつけピン５を下ろし、所定の圧力でインナーリード３を受光面側電極１３に押しつける。それと同時にノズル７から、４００〜５００℃程度のホットエアーを１〜２秒程度、上記の押しつけピン５でインナーリード３を受光面側電極１３に押しつけている接続箇所に吹き付け、インナーリード３のはんだと受光面側電極１３の上のはんだを融かして両者を溶着する。これによって接続箇所のインナーリードの表面には上記押しつけピン５で押しつけられた直径約３ｍｍ程度の凹部１０が形成される。
【０００７】
その後、駆動用シャフト６で押しつけピン５を上げる。この押しつけピン５を上げる時、押しつけピン５の底面にはんだが付いて上方向に引っ張られ、インナーリード３と受光面側電極の接続箇所にはんだの突起ができることがある。これを防止するため、押しつけピン５を予め４００〜５００℃程度に加熱し、その表面に酸化膜を形成してはんだに対する濡れ性を低下させていた。つまり、従来はピンと面接触させていたために半田との濡れ性を低下させておかないと、ピンと半田が付いて突起が形成されるという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３１８２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、環境意識の高まりと共に鉛フリーはんだの使用が検討されつつある。鉛フリーはんだといわれているものは、従来から一般に使用されているＳｎ−Ｐｂ系のはんだよりも融点の高いものが多い。そこで上記のような方法で太陽電池素子とインナーリード３を接続しようとすると接続箇所に加える熱の温度を高くしたり、熱を加える時間を長くする必要が生じ、これによって太陽電池素子１の特性低下を招くという問題が発生してしまうことがあった。
【００１０】
また、鉛フリーはんだはその種類によって性質が大きく異なるため、用途によって種類を使い分けることがある。太陽電池素子１の電極の表面に被覆するはんだ２とインナーリード３に使用するはんだで別の種類のはんだを使用した場合、その接続箇所では熱膨張係数の違いによって局所的に応力が発生し、太陽電池素子１の割れや電極の剥離といった問題を発生することがあった。
【００１１】
また、上記方法で融点温度の高い鉛フリーはんだを溶着する場合、ホットエアーの温度を上げる必要がある。ホットエアーの温度を上げると受光面側電極やインナーリード３のはんだ表面が酸化してしまうため、そのまま接続するとはんだ表面の酸化膜の影響で接続強度が低下してしまう。
【００１２】
この問題を解決するため、鉛フリーはんだのような融点の高いはんだを使用する場合は、接続箇所に予めフラックスを適量塗布して酸化膜を除去しながらはんだを溶融して接続する必要がある。しかしながら、フラックスを塗布すると上述のように押しつけピン５の表面に予め造っておいた酸化膜もそのフラックスで除去されてしまい、その結果押しつけピン５の底面にはんだが付着して上方向に引っ張られ、インナーリード３と受光面側電極の接続箇所にはんだの突起ができてしまうという問題があった。
【００１３】
このようなはんだの突起があると、後工程でガラスなどの透光性基板とＥＶＡなどの充填材の中に接続した太陽電池素子１を封入する工程で圧力をかける際に、太陽電池素子１の割れが発生してしまう場合があった。
【００１４】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、従来より融点の高いはんだを使用しても太陽電池素子の割れや特性低下といった問題を発生させることのない太陽電池モジュールとその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に係る太陽電池モジュールは、受光面側電極と反受光面側電極とを有する複数の太陽電池素子を前記電極上の複数の接続箇所でインナーリードに接続した太陽電池モジュールにおいて、前記インナーリードの接続箇所に複数の凹部が存在することを特徴とする。
【００１６】
上記太陽電池モジュールにおいては、前記受光面側電極と反受光面側電極の表面がはんだで被覆されていてもよい。
【００１７】
上記太陽電池モジュールにおいては、前記はんだと前記インナーリードの表面が異種金属であってもよい。
【００１８】
上記太陽電池モジュールにおいては、前記インナーリードの表面は前記はんだよりも融点の高いの金属で被覆されていてもよい。
【００１９】
上記太陽電池モジュールにおいては、前記はんだがＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ系のはんだであってもよい。
【００２０】
上記太陽電池モジュールにおいては、前記インナーリードの表面がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだであってもよい。
【００２１】
また、請求項７に係る太陽電池モジュールの製造方法は、受光面側電極と反受光面側電極とを有する複数の太陽電池素子の電極上にインナーリードを配設するとともに、このインナーリード上の複数の接続箇所を押しつけピンで押しつけながら熱溶着することによって前記太陽電池素子を前記インナーリードに接続する太陽電池モジュールの製造方法において、前記押しつけピンのインナーリードと接する部分が複数の点であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図を用い詳細に説明する。
図１と図２は、本発明に係る太陽電池モジュールの構造を説明するための図である。図１は直列接続された２つの太陽電池素子の接続部分の断面図であり、図２は直列接続された２つの太陽電池素子の受光面側を見た図である。
【００２３】
図１と図２において、１は太陽電池素子、２は受光面側はんだ層、３はインナーリード、４は反受光面側はんだ層、９は接続箇所、１０は複数の凹部を表す。
【００２４】
図１および図２に示すように、銅箔などにはんだを被覆したインナーリード３の一方端を太陽電池素子１の受光面側にある受光面側はんだ層２の上に配設し、複数の接続箇所９で受光面側はんだ層２とインナーリード３を熱溶着する。インナーリード３の他方端は隣接する太陽電池素子１の反受光面側はんだ層４の上に配設し、複数の接続箇所９で反受光面側はんだ層４とインナーリード３を熱溶着することにより、太陽電池素子１同士を接続する。はんだ層２、４とインナーリード３は接続箇所９の上から後述する押しつけピン５で抑えるとともに、接続箇所９にはんだの融点以上の温度の熱風を吹き付けることによって熱溶着させる。
【００２５】
図３および図４は本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法で用いられる押しつけピンの一例を示す図である。図３は押しつけピン５と駆動用シャフト６の構造を示す図、図４は押しつけピン５をインナーリード３に接する方向から見た図である。押しつけピン５は材質がＳＵＳ３０４などのステンレスなどからなり、その先端には複数の突出部８が設けられている。この押しつけピン５は駆動用シャフト６の先端に取り付けられており、駆動機構によって上下に稼働し、特に下方向へはスプリングなどの圧力を利用して一定の圧力で押さえるようになっている。
【００２６】
図５は本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。図５において、１は太陽電池素子、２は受光面側はんだ層、３はインナーリード、４は反受光面側はんだ層、５は押しつけピン、６は駆動用シャフト、７はホットエアー吹き出しノズル、８は突出部、９は接続箇所を示す。
【００２７】
図５に示すように、インナーリード３を太陽電池素子１のはんだ層２、４の上に配設し、接続箇所９の上に駆動用シャフト６の先端につながった押しつけピン５を下ろし、所定の圧力でインナーリード３をはんだ層２、４に押しつける。それと同時にホットエアー吹き出しノズル７から４５０〜５５０℃程度のホットエアーを１〜２秒程度、接続箇所９に吹き付けてインナーリード３のはんだと太陽電池素子１上のはんだ層２、４のはんだを融かして両者を熱溶着して押しつけピン５を上げる。
【００２８】
このとき、押しつけピン５の先端に複数の突出部８を設けることによってインナーリード３を複数の点で押さえることになり、押しつけピン５を引き上げるときに、はんだが上方向に引っ張られることがなくなり接続箇所９にはんだの突起が形成されるという従来の問題を解決することができる。このとき押しつけピン５の突出部８は複数形成されたものを用いる。このようにすることによって押しつけピン５の先端を細くしても、溶着面積を確保して太陽電池素子１とインナーリード３間の抵抗を低く抑えることができる。
【００２９】
また、太陽電池素子１の大きさによっては、作業効率を上げるため、上記の押しつけピン５、駆動用シャフト６、ホットエアー吹き出しノズル７を各々複数個配置して、同時に複数の接続箇所９で熱溶着を行うことも可能である。
【００３０】
また、本発明による太陽電池モジュールにおいては、図２に示すように、インナーリード３の複数の接続箇所９のそれぞれに複数の凹部１０が存在する。複数の凹部１０は上から目視できることから、この凹部１０によってはんだ層２、４とインナーリード３とが確実に溶着されていることを確認することができる。また、凹部１０を複数形成することにより、はんだ層２、４とインナーリード３の一箇所あたりの接続面積を減らすことが可能となり、はんだ層２、４とインナーリード３の熱膨張係数の違いによる局部的な応力を軽減して太陽電池素子１の割れを抑制することができる。
【００３１】
受光面側電極１１と反受光面側電極１２の上に直接インナーリード３を配設してこの電極１１、１２とインナーリード３を直接接続することも可能である。しかし、接続強度を確保するためには、少なくとも接続箇所９の電極１１、１２の上にははんだ層２、４が形成されていた方がよい。また、長期信頼性の観点からは電極１１、１２ははんだ２、４で被覆されていた方がよい。
【００３２】
はんだ２、４とインナーリード３の表面が異種金属であっても本発明は有効にその効果を発揮する。両方の金属の融点が異なってはんだが溶融するまでの時間にずれが生じても、接続箇所９を複数の点で押さえていることから、従来のように接続箇所９を１つの面で抑えていた場合と異なり、一方のはんだが溶融したときの横ぶれが生じにくくなる。
【００３３】
つまり、電極１１、１２の表面に形成したはんだ層２、４も、インナーリード３の表面のはんだも長手方向の断面ではその中央の厚みが最も厚くなっており、接続箇所９を押しつけピン５で最初に押さえるときは、その両者の頂点同士が接触している。その後加熱によってはんだは溶融するが、電極１１、１２の表面に形成したはんだ層２、４と、インナーリード３の表面のはんだの融点が異なると、どちらかが先に溶融する。押しつけピン５は加圧されているので、溶融した方のはんだ分太陽電池素子１側に沈み込むが、そのときに接続箇所９を１つの面で抑えているとバランスが崩れて横ぶれを生じ、太陽電池素子１の電極とインナーリード３がずれてしまうことがある。このように太陽電池素子１の電極とインナーリード３がずれてしまうと、太陽電池素子１の受光面積が減少し出力特性の低下を招く。しかし、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法によれば接続箇所９を複数の点で押さえていることから、バランスが崩れにくく、横ぶれを生じることはない。
【００３４】
また、インナーリード３の表面は太陽電池素子１の上のはんだ層２、４よりも融点が高いはんだで被覆されていた方がよい。このようにすることによってインナーリード３上の一つの接続箇所９に複数の凹部１０が形成されれば、その凹部１０の下は確実に溶着されていることを確認することができる。すなわち、複数の凹部１０があればはんだは溶融したことになるからである。
【００３５】
本発明によれば、太陽電池素子１の表面にたとえばＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ系のはんだ層２、４を形成し、インナーリード３の表面にはたとえばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだを使用しても両者を確実に接続することが可能になるとともに、簡易に接続の不良を検査することができる。すなわち、異種金属、特にインナーリード３側のはんだの融点が高い場合でも、簡易に接続の不良を検査することができる。
【００３６】
また、両者の１箇所あたりの溶着面積が小さいことから、熱膨張係数の違いによって発生する局所的な応力を軽減することが可能となり、従来問題であった太陽電池素子のわれの問題を抑制することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池素子などでも太陽電池素子を太陽電池素子の電極部表面の一部とインナーリード表面の一部を溶融することによって接続する太陽電池モジュールであれば適用される。また、太陽電池素子とインナーリードが熱溶着で接続可能であれば、太陽電池素子の電極上もしくはインナーリードの表面にはんだを被覆しなくてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池モジュールによれば、インナーリードと電極との接続箇所に複数の凹部が存在することから、その凹部の下は確実に溶着されていることを確認することができる。また、インナーリードの表面と、太陽電池素子上のはんだ層に異種金属を使用しても１箇所あたりの溶着面積が小さいことから、熱膨張係数の違いによって発生する局所的な応力を軽減することが可能となり、従来問題であった太陽電池素子のわれの問題を抑制することができる。
【００３９】
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法によれば、押しつけピンのインナーリードと接する部分を複数の点状にしたことにより、押しつけピンにはんだが付着し、押しつけピンが上がるのに伴ってはんだが上方向に引っ張られてインナーリードとバスバー電極の接続部分にはんだの突起ができることがなくなる。これによって、上述のような共晶はんだよりも融点の高い鉛フリーはんだのようなはんだを使用した太陽電池素子とインナーリードの接続が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ） 本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を示す平面図である。
（ｂ） （ａ）の接続箇所の拡大図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法に用いる押さえピンを示す図である。
【図４】本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法に用いる押えピンを底面側からみた図である。
【図５】本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法の一実施形態を示す図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図７】（ａ） 従来の太陽電池モジュールの一実施形態を示す平面図である。
（ｂ） （ａ）の接続箇所の拡大図である。
【符号の説明】
１・・・太陽電池素子、２・・・受光面側はんだ層、３・・・インナーリード、４・・・反受光面側はんだ層、５・・・押しつけピン、６・・・駆動用シャフト、７・・・ホットエアー吹き出し用ノズル、８・・・突出部、９・・・接続箇所、１０・・・凹部、１１・・・受光面側電極、１２・・・反受光面側電極

Claims (7)

1. 受光面側電極と反受光面側電極とを有する複数の太陽電池素子を前記電極上の複数の接続箇所でインナーリードに接続した太陽電池モジュールにおいて、前記インナーリードの接続箇所に複数の凹部が存在することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記受光面側電極と反受光面側電極の表面がはんだで被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記はんだと前記インナーリードの表面が異種金属であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記インナーリードの表面は前記はんだよりも融点の高い金属で被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記はんだはＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ系のはんだであることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記インナーリードの表面はＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだであることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
7. 受光面側電極と反受光面側電極とを有する複数の太陽電池素子の電極上にインナーリードを配設するとともに、このインナーリード上の複数の接続箇所を押しつけピンで押しつけながら熱溶着することによって前記太陽電池素子を前記インナーリードに接続する太陽電池モジュールの製造方法において、前記押しつけピンのインナーリードと接する部分が複数の点であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

Images