JP2004253475A

JP2004253475A - 太陽電池モジュール並びに太陽電池モジュールの製造方法およびその製造方法に用いる熱源

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Publication number: JP2004253475A
Application number: JP2003040107A
Authority: JP
Inventors: Masuo Kamitaka; 万壽夫神高
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】太陽電池セルの割れを防止できる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、電極を有する複数の太陽電池セル４と、各太陽電池セル４の電極を電気的に接続するインターコネクタ５を備え、インターコネクタ５は不連続な複数の点状の半田付けによって各太陽電池セル４の電極に接合されてなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池モジュール並びに太陽電池モジュールの製造方法およびその製造方法に用いる熱源に関し、詳しくは、太陽電池セルの電極とインターコネクタとの接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明に関連する従来技術としては、インターコネクタを太陽電池セルの電極に電気溶接によって接合することにより複数の太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−４２４６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、太陽電池による太陽光発電では、太陽電池セル１枚あたりの出力が数ワット程度と僅かであるため、適切な出力が得られるように複数の太陽電池セルを電気的に接続した太陽電池モジュールが利用されている。
太陽電池モジュールの製造工程では、隣接する太陽電池セルの表面電極と裏面電極を細長いインターコネクタで直列接続し配列状太陽電池セルを作製する。
【０００５】
ここで、従来の太陽電池モジュールの製造方法では、電気溶接方式でインターコネクタと太陽電池セルの電極を接合するため、インターコネクタを太陽電池セルの電極へ溶接用電極で強く押さえつける必要がある。
しかし、最近の太陽電池セルは薄型化および大面積化がすすんでいるため、従来のように、インターコネクタを太陽電池セルの電極へ溶接用電極で強く押さえつけるとセル割れが生じる恐れがある。
また、このようなセル割れを防止するために溶接用電極の押圧力を弱めるとインターコネクタの溶着不良が生じる恐れがある。
【０００６】
このような問題を解決するため、電気溶接方式に代わって半田付け方式が主流になりつつある。
半田付け方式では、インターコネクタと太陽電池セルの電極が重なった状態でインターコネクタの表面に形成された半田コーティング層を溶融させる必要がある。
そのため、半田付け方式では、インターコネクタと太陽電池セルの電極が重なった部分へ向けて熱風や赤外線が放射される。
【０００７】
しかし、インターコネクタと太陽電池セルの電極が重なった部分へ熱風や赤外線を放射すると、インターコネクタのみならず太陽電池セルまでもが加熱されてしまう。
一般に、インターコネクタと太陽電池セルとの間には大きな熱膨張差があり、半田付け後、太陽電池セルとインターコネクタが冷却されるとインターコネクタが太陽電池セルよりも大きく収縮する。
この際、大きく収縮したインターコネクタが太陽電池セルを歪めてしまい、薄型化および大面積化がすすんだ最近の太陽電池セルではセル割れにつながる恐れがある。また、このようなセル割れは、多結晶シリコン太陽電池セルにおいて特に顕著に発生する傾向がある。
【０００８】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、太陽電池セルの割れを防止できる太陽電池モジュール並びに太陽電池モジュールの製造方法およびその製造方法に用いられる熱源を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、電極を有する複数の太陽電池セルと、各太陽電池セルの電極を電気的に接続するインターコネクタを備え、インターコネクタは不連続な複数の点状の半田付けによって各太陽電池セルの電極に接合されてなる太陽電池モジュールを提供するものである。
【００１０】
つまり、この発明による太陽電池モジュールは、インターコネクタが不連続な複数の点状の半田付けによって各太陽電池セルの電極に接合される。
このため、インターコネクタを半田付けする際に、半田付けを要する箇所を点状に加熱するだけでよく、インターコネクタおよび太陽電池セルの膨張および収縮が最小限に抑えられる。
この結果、半田付け後に、インターコネクタが太陽電池セルよりも大きく収縮することによる太陽電池セルの歪みが最小限に抑えられセル割れが防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明による太陽電池モジュールは、電極を有する複数の太陽電池セルと、各太陽電池セルの電極を電気的に接続するインターコネクタを備え、インターコネクタは不連続な複数の点状の半田付けによって各太陽電池セルの電極に接合されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明による太陽電池モジュールにおいて、不連続な複数の点状の半田付け部分の数とそれらの相互間隔は、各半田付け部分に集まる電流値があまり大きくならない範囲になるように設定されることが好ましい。
このため、この発明による太陽電池モジュールにおいて、不連続な複数の点状の半田付け部分は、各断面積が約６００ｍＡ以下の電流を流すように設定されていてもよい。
【００１３】
また、この発明は別の観点からみると、太陽電池セルの電極に半田コーティングされたインターコネクタの一端を重ねて密着させ、密着部分をスポット状の熱源で不連続な複数の点状に半田付けする工程を備える太陽電池モジュールの製造方法を提供するものでもある。
つまり、このような製造方法によれば、インターコネクタは、スポット状の熱源で不連続な複数の点状に半田付けされることにより太陽電池セルの電極に接合される。
このため、インターコネクタを半田付けする際に、インターコネクタはスポット状の熱源によって半田付けを要する箇所のみが点状に加熱され、インターコネクタおよび太陽電池セルの膨張および収縮が最小限に抑えられる。
この結果、半田付け後にインターコネクタが太陽電池セルよりも大きく収縮することによる太陽電池セルの歪みが最小限に抑えられセル割れが防止される。
【００１４】
なお、この発明において、熱源とは熱を供給する物体を意味するが、インターコネクタを半田付けする工程において、必ずしも熱源をインターコネクタに直接接触させる必要はない。
例えば、熱源が熱風を生成する場合には、熱源をインターコネクタに近づけ、熱伝導によって熱風の熱をインターコネクタに伝導してもよい。
また、熱源が赤外線を放射する場合には、熱源をインターコネクタに近づけ、輻射熱によってインターコネクタを加熱してもよい。
【００１５】
また、この発明は、複数の太陽電池セルについて上記製造方法を繰り返し、各太陽電池セルの電極をインターコネクタで電気的に接続する太陽電池モジュールの製造方法を提供するものでもある。
【００１６】
この発明によるこれらの製造方法において、半田付けする工程は、熱源から熱風および赤外線の少なくとも一方をインターコネクタ上にスポット状に集中して放射する工程からなっていてもよい。
【００１７】
また、この発明によるこれらの製造方法において、半田付けする工程は、熱源から熱風および赤外線の少なくとも一方をインターコネクタ上の複数箇所にスポット状に集中して同時に放射する工程からなっていてもよい。
このような製造方法によれば、熱風および赤外線の少なくとも一方を半田付けを要する複数箇所に同時に放射するので、半田付けを要する箇所毎に熱風および赤外線を放射する場合よりも短時間でインターコネクタを半田付けでき、生産効率を高めることができる。
【００１８】
また、この発明によるこれらの製造方法において、半田付けする工程は、太陽電池セルを予め所定の温度まで加熱した状態で行われてもよい。
このような製造方法によれば、予め所定の温度まで加熱（予熱）された太陽電池セル上でインターコネクタを半田付けするので、熱風および赤外線の少なくとも一方をインターコネクタ上に放射する際に、インターコネクタの表面に形成された半田コーティング層が短時間で溶融し易くなる。
この結果、太陽電池セルが予熱されない場合よりも短時間でインターコネクタを半田付けでき、生産効率を高めることができる。
なお、太陽電池セルを予熱する場合、例えば、予熱機能を備えた溶接ステージ上に太陽電池セルを載置して予熱を行ってもよい。
【００１９】
また、この発明は、更に別の観点からみると、上記製造方法に用いる熱源であって、熱風および赤外線の少なくとも一方を発生する発生源と、発生源から発生した熱風および赤外線の少なくとも一方をインターコネクタ上にスポット状に集中して放射する先細のノズルとを備える熱源を提供するものでもある。
【００２０】
この発明の製造方法に用いられる上記熱源において、発生源は赤外線発生源と、赤外線発生源に向けて風を送る送風源とからなり、赤外線発生源は赤外線を放射すると共に送風源から送られた風を加熱して熱風を生成してもよい。
このような構成によれば、１つの発熱体、すなわち赤外線発生源で熱風と赤外線の両方を生成できる。
また、このような構成の熱源を用いると、赤外線（熱線）による放射伝熱と熱風による熱伝導という異なる二種の熱伝達方法でインターコネクタが加熱され、かつ、熱源からの加熱出力が増加するので、短時間で効率よくインターコネクタを半田付けでき、生産効率を高めることができる。
【００２１】
また、この発明の製造方法に用いられる上記熱源において、赤外線発生源は、赤外線ヒータおよび赤外線ランプのいずれか一方からなっていてもよい。
【００２２】
また、この発明の製造方法に用いられる上記熱源において、先細のノズルはその先端周縁に凸部を有し、インターコネクタを凸部によって電極に押圧しつつ熱風および赤外線の少なくとも一方を放射してもよい。
このような構成によれば、従来のように、押さえピンでインターコネクタを電極上に押さえつけてから別途用意した熱源で加熱するのではなく、半田付けすべき箇所を熱源に設けられたノズルの凸部で押さえつつ加熱できるので、効率よく、かつ、確実にインターコネクタを半田付けでき、生産効率を高めることができる。
【００２３】
また、この発明の製造方法に用いられる上記熱源において、先細のノズルはその内面に赤外線を反射して案内するための反射鏡が形成されていてもよい。
【００２４】
また、この発明の製造方法に用いられる上記熱源において、先細のノズルは先端が円形状または多角形状であり、先端の外径または対角寸法はインターコネクタの幅以下であってもよい。
このような構成によれば、点状の半田付けを要する必要最小限の領域のみを狙ってインターコネクタ上に熱風および赤外線の少なくとも一方をスポット状に放射できる。
この結果、インターコネクタおよび太陽電池セルの膨張および収縮を最小限に抑えることができるようになる。
また、太陽電池セルの受光面を不必要に加熱することがなくなり、太陽電池セルの受光面が加熱されることによる出力特性の劣化を最小限に抑えることができる。
【００２５】
【実施例】
以下にこの発明の実施例について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の複数の実施例において、共通する部材には同じ符号を用いて説明する。
【００２６】
図１はこの発明の実施例による太陽電池モジュールの要部拡大平面図、図２は図１に示される太陽電池モジュールの底面図、図３は図１に示される太陽電池モジュールの一部破断断面図である。
【００２７】
図１〜３に示されるように、この発明の実施例による太陽電池モジュール１は、表面電極（メイングリッド）２および裏面電極（裏面銀電極）３を有する複数の太陽電池セル４と、隣接する太陽電池セル４の表面電極２と裏面電極３を電気的に接続するインターコネクタ５を備え、インターコネクタ５は不連続な複数の点状の半田付けによって各太陽電池セル４の表面電極２および裏面電極３に接合されている。
図１および図２に示されるように、点状の半田付けがなされたインターコネクタ５上には、点状の半田付けを行う際に用いる熱源ユニット２０（図１０および図１１参照）のノズル２３が当接した痕跡としてノズル当接痕９が表れている。
また、図２に示されるように、裏面電極３の周囲には、太陽電池セル４のほぼ裏面全面にわたって裏面アルミ電極６が設けられている。
【００２８】
ここで、インターコネクタ５と各太陽電池セル４の表面電極２とを接合する不連続な複数の点状の半田付け部分７は、各断面積が約６００ｍＡ以下の電流を流すように設定されている。
なお、図３において、表面電極２および裏面電極３とインターコネクタ５との間に隙間を描いているが、これは半田付け部分７が点状に間隔を空けて配置されていることを理解し易くするために隙間を拡大して描いたものである。
【００２９】
以下、図１〜３に示される太陽電池モジュール１の製造工程について図４〜９に基づいて説明する。
まず、図４に示されるように、溶接ステージ１０上に一辺約１２５ｍｍの多結晶シリコンからなる太陽電池セル４を載置する。
その後、溶接ステージ１０の基準座標Ｘ，Ｙに対する太陽電池セル４のズレを、太陽電池セル４のグリッド（集電電極）８を基準に画像認識し、位置ズレおよび角度ズレを計算する。
【００３０】
次に、図５に示されるように、位置ズレおよび角度ズレの修正を行い、溶接ステージ１０上に太陽電池セル４を位置決めする。
次に、図６に示されるように、太陽電池セル４の表面電極２（図４および図５参照）上に半田コーティングされた幅約１．５ｍｍ、厚さ約０．１５ｍｍのリボン銅線からなるインターコネクタ５を配置する。
【００３１】
次に、図７に示されるように、インターコネクタ５の半田付けを要する箇所に熱源ユニット２０（図１０および図１１参照）のノズル２３を押し当て、点状に半田付けを行う。
なお、図７において、点状の半田付けがなされた箇所にはノズル当接痕９が互いにずれて重なり合う３つの円で表れており、１つの半田付け部分７当たりの幅Ｗ１（図３参照）は約２．０ｍｍである。
【００３２】
次に、図８に示されるように、上記工程を経た太陽電池セル４を溶接ステージ１０上で反転させ、位置ズレおよび角度ズレを修正し、溶接ステージ１０上に位置決めする。
次に、図９に示されるように、溶接ステージ１０上にインターコネクタ５が半田付けされた別の太陽電池セル４を反転させて載置し、先に載置していた太陽電池セル４のインターコネクタ５の端を太陽電池セル４の裏面電極３上に重ねる。
その後、表面電極２にインターコネクタ５を半田付けした際に用いたのと同様の熱源ユニット２０（図１０および図１１参照）のノズル２３を裏面電極３に重ねたインターコネクタ５の半田付けを要する箇所に押し当てて点状に半田付けを行い、図１〜３に示される太陽電池モジュール１を得る。
【００３３】
なお、上記の各工程で用いる溶接ステージ１０は、太陽電池セル４を予め所定の温度まで加熱しておく予熱機能を備えていてもよい。
このような予熱機能を備えた溶接ステージ１０を用いた場合には、インターコネクタ５を半田付けする工程において、インターコネクタ５の表面に形成された半田コーティングがより速やかに溶融するようになり、より短時間で半田付け工程を完了させることができる。
【００３４】
ここで、上記工程でインターコネクタ５を表面電極２および裏面電極３に半田付けする際に用いる熱源ユニットについて図１０および図１１に基づいて説明する。図１０および図１１は、熱源ユニットの概略構成を示す説明図である。
図１０および図１１に示されるように、熱源ユニット２０は、ハウジング２１と、ハウジング２１に収容された赤外線ランプ２２（赤外線ヒータでもよい）と、ハウジング２１の底面に沿って設けられた複数のノズル２３とから主に構成されている。
【００３５】
ハウジング２１内には赤外線ランプ２２が放射する赤外線を反射させる曲面の反射鏡２４が赤外線ランプ２２の上方側を覆うように設けられている。
ノズル２３は先端が円錐状（角錐状でもよい）に絞り込まれ、伸張スプリングを２５介してハウジング２１に取り付けられている。
なお、ノズル２３の先端の幅Ｗ２は、被加熱物であるインターコネクタ５の幅と同じになるように約１．５ｍｍに設定されている。
また、ノズル２３はその内面に内面反射鏡（図示せず）が設けられており、赤外線ランプから放射された赤外線は、徐々に先細となるノズル２３の内面を反射しながら進むにつれてその密度が高められ、ノズル２３の先端から放射される。
【００３６】
熱源ユニット２０は外部の空気を赤外線ランプ２２に吹きつける送風装置（図示せず）が設けられており、赤外線ランプ２２は吹きつけられた外部の空気から熱風を生成する。なお、送風装置には、赤外線ランプ２２を過度の加熱から保護するという役割もある。
【００３７】
ノズル２３はその先端に凸部２３ａが形成されており、凸部２３ａは、ノズル２３がインターコネクタ５上に当接した際にインターコネクタ５を表面電極２または裏面電極３に押し付けると共に、送風装置および赤外線ランプ２２によって生成された熱風を無理なく放出するための隙間をインターコネクタ５とノズル２３の先端との間に形成する。
【００３８】
このように構成された熱源ユニット２０を、表面電極２または裏面電極３に重ねられたインターコネクタ５上に降下させると、複数のノズル２３の凸部２３ａがインターコネクタ５の半田付けを要する箇所に同時に当接し、さらに、伸張スプリング２５の作用により各ノズル２３の凸部２３ａがインターコネクタ５上に押し当てられる。
各ノズル２３の先端から放出された赤外線と熱風は、インターコネクタ５の半田付けを要する箇所のみを点状に速やかに加熱し、インターコネクタ５の表面に形成された半田コーティングを溶融させ、複数の点状の半田付けを同時に行う。
【００３９】
次に、点状の半田付け部の数と太陽電池特性との相関関係について図１２〜１４に基づいて説明する。図１２は半田付け部の数と最大出力（Ｐｍ）との相関関係を示すグラフ図、図１３は半田付け部の数と曲線因子（ＦＦ）との相関関係を示すグラフ図、図１４は半田付け部の数と短絡電流（Ｉｓｃ）との相関関係を示すグラフ図である。
【００４０】
まず、２つの太陽電池セルのサンプル（ａ），（ｂ）を用意し、これらサンプル（ａ），（ｂ）に対して点状の半田付け部の数を１〜９の間で変化させながらインターコネクタを表面電極に半田付けし、半田付け部の数が変わる毎に太陽電池特性をそれぞれ測定する。
また、従来と同様の構成として、上記２つのサンプル（ａ），（ｂ）の表面電極２にインターコネクタ５をそれらが重なる全面にわたって半田付けし、太陽電池特性をそれぞれ測定する。
【００４１】
太陽電池特性の測定は、サンプル（ａ），（ｂ）をソーラーシミュレータにかけ、インターコネクタ５と裏面電極３との間で、最大出力Ｐｍ、短絡電流Ｉｓｃおよび曲線因子ＦＦについてそれぞれ計測する。各項目毎の計測結果を図１２〜１４に示す。
図１２〜１４に示されるように、一辺約１２５ｍｍの多結晶シリコン太陽電池セルでは、インターコネクタ１本につき点状の半田付け部を安全を見込んで５ヶ所以上設ければ、出力特性上はインターコネクタが全面にわたって半田付けされた従来の太陽電池セルと同様の出力特性が得られる。
【００４２】
図１〜３に示される実施例の太陽電池モジュール１では、１枚の太陽電池セル４に対して２本のインターコネクタ５を半田付けしているので、１本のインターコネクタ５につき点状の半田付け部７を５ヶ所設けると、計１０箇所の半田付け部７で接合していることとなる。
この場合、各半田付け部７に流れる電流は、図１４に示されるように約４９０〜５１０ｍＡとなる。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、インターコネクタが不連続な複数の点状の半田付けによって各太陽電池セルの電極に接合されるので、インターコネクタを半田付けする際に、半田付けを要する箇所を点状に加熱するだけでよく、インターコネクタおよび太陽電池セルの膨張および収縮が最小限に抑えられ、結果として半田付け後にインターコネクタが太陽電池セルよりも大きく収縮することによる太陽電池セルの歪みが最小限に抑えられセル割れが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例による太陽電池モジュールの要部拡大平面図である。
【図２】図１に示される太陽電池モジュールの底面図である。
【図３】図１に示される太陽電池モジュールの一部破断断面図である。
【図４】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。
【図５】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。
【図６】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。
【図７】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。
【図８】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。
【図９】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。
【図１０】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程に用いられる熱源ユニットの概略構成を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施例による太陽電池モジュールの製造工程に用いられる熱源ユニットの概略構成を示す説明図である。
【図１２】半田付け部の数と最大出力（Ｐｍ）との相関関係を示すグラフ図である。
【図１３】半田付け部の数と曲線因子（ＦＦ）との相関関係を示すグラフ図である。
【図１４】半田付け部の数と短絡電流（Ｉｓｃ）との相関関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１・・・太陽電池モジュール
２・・・表面電極
３・・・裏面電極
４・・・太陽電池セル
５・・・インターコネクタ
６・・・裏面アルミ電極
７・・・半田付け部
８・・・グリッド
９・・・ノズル当接痕
１０・・・溶接ステージ
２０・・・熱源ユニット
２１・・・ハウジング
２２・・・赤外線ランプ
２３・・・ノズル
２３ａ・・・凸部
２４・・・反射鏡
２５・・・伸張スプリング

Claims

電極を有する複数の太陽電池セルと、各太陽電池セルの電極を電気的に接続するインターコネクタを備え、インターコネクタは不連続な複数の点状の半田付けによって各太陽電池セルの電極に接合されてなる太陽電池モジュール。
不連続な複数の点状の半田付け部分は、各断面積が６００ｍＡ以下の電流を流すように設定される請求項１に記載の太陽電池モジュール。
太陽電池セルの電極に半田コーティングされたインターコネクタの一端を重ねて密着させ、密着部分をスポット状の熱源で不連続な複数の点状に半田付けする工程を備える太陽電池モジュールの製造方法。
複数の太陽電池セルについて、請求項３に記載の工程を繰り返し、各太陽電池セルの電極をインターコネクタで電気的に接続する太陽電池モジュールの製造方法。
半田付けする工程は、熱源から熱風および赤外線の少なくとも一方をインターコネクタ上にスポット状に集中して放射する工程からなる請求項３又は４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
半田付けする工程は、熱源から熱風および赤外線の少なくとも一方をインターコネクタ上の複数箇所にスポット状に集中して同時に放射する工程からなる請求項３又は４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
請求項３〜６のいずれか１つに記載の製造方法に用いる熱源であって、熱風および赤外線の少なくとも一方を発生する発生源と、発生源から発生した熱風および赤外線の少なくとも一方をインターコネクタ上にスポット状に集中して放射する先細のノズルとを備える熱源。
発生源は赤外線発生源と、赤外線発生源に向けて風を送る送風源とからなり、赤外線発生源は赤外線を放射すると共に送風源から送られた風を加熱して熱風を生成する請求項７に記載の熱源。
赤外線発生源は、赤外線ヒータおよび赤外線ランプのいずれか一方からなる請求項８に記載の熱源。
先細のノズルはその先端周縁に凸部を有し、インターコネクタを凸部によって電極に押圧しつつ熱風および赤外線の少なくとも一方を放射する請求項７〜９のいずれか１つに記載の熱源。
先細のノズルはその内面に赤外線を反射して案内するための反射鏡が形成されてなる請求項７〜１０のいずれか１つに記載の熱源。