JP2004281797A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池素子の受光面側と非受光面側に接続タブをはんだ付けする場合において、既にはんだ付けされている接続タブが剥離すること防止する。
【解決手段】太陽電池モジュールに使われる太陽電池素子１の電気的接続において、太陽電池素子１の受光面側バスバー電極３に接続される受光面側の接続タブ５と非受光面バスバー電極８に接続される非受光面側の接続タブ９とを融点が異なるはんだで接続する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の太陽電池素子を接続タブで接続した太陽電池モジュールに関する。
【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に雨などからこれを保護する必要があるため、太陽電池素子を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を作成することが通常行われている。
【０００３】
この太陽電池モジュールでは、太陽電池素子の１枚では電気出力が小さいため、通常複数の太陽電池素子を直並列に接続して太陽電池モジュールから実用的な所定の電気出力が発生するようにしている。
【０００４】
図３は従来の太陽電池モジュールを示す図である。図３において、１、２は太陽電池素子、３、４は受光面側バスバー電極、５、６は受光面側の接続タブ、７は受光面側フィンガ電極を示す。
【０００５】
太陽電池素子１、２は、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。その両面に設けられる電極は銀ペーストのスクリーンプリント法などで形成され、電極部の保護と接続タブを取り付けやすくするために、電極表面はほぼ全面にわたってはんだコートされる。また、受光面側と非受光面側ともバスバー電極３、４とフィンガ電極７がある。
【０００６】
受光面ではできるだけ電極面積を少なくして受光面を多くする必要があるため、通常非受光面に較べ電極の幅は狭く形成される。フィンガ電極７は光生成キャリヤを収集するために太陽電池素子１の辺に平行に多数本形成され、例えば幅０．２ｍｍ程度に形成される。また、バスバー電極３、４は収集されたキャリヤを集電するためにフィンガ電極７と垂直に交わるように２〜３本形成され、接続タブ５、６を取り付けるために幅２ｍｍ程度に形成される。
【０００７】
太陽電池素子１、２同士を直列接続するときは、太陽電池素子１の受光面側バスバー電極３、４に取り付けた接続タブ５、６を隣接する太陽電池素子２の非受光面のバスバー電極（不図示）に接続することにより行う。この接続タブ５、６の接続はバスバー電極３、４の表面にコートされたはんだと接続タブ５、６の表面にコートされたはんだを加熱して溶融させることにより行う。
【０００８】
接続の順序は、まず太陽電池素子１の受光側バスバー電極３、４上に受光面側の接続タブ５、６を取り付ける。次に、非受光面バスバー電極上に非受光面側の接続タブ（不図示）を取り付ける。その後、受光面側の接続タブ５、６の一端を隣接する太陽電池素子２の非受光面側の接続タブ上に接続する（特許文献１参照）。
【０００９】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−３１２８２０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような太陽電池素子１、２同士の接続に用いられる接続タブは、受光面側の接続タブ５、６も非受光面側の接続タブも同じ組成のはんだでコートされている。このため、非受光面側の接続タブを加熱して接続するときに、その裏面にある既に接続されている受光面側の接続タブ５、６の温度が上昇してはんだが再度溶融して接続されている受光面側の接続タブ５、６が太陽電池素子１から外れることがある。これを再度接続した場合、はんだの酸化膜の影響などで接続強度が低下する。
【００１２】
また、接続されている受光面側の接続タブ５が外れないように加熱の程度を調節しても、太陽電池素子１に接続されている受光面側の接続タブ５のはんだはその加熱により酸化が進み、太陽電池素子１と受光面側の接続タブ５の接続強度がやはり低下する。
【００１３】
このように太陽電池素子１と受光面側の接続タブ５との接続強度が低下すると、太陽電池モジュールの製造工程途中で、受光面側の接続タブ５が太陽電池素子１から剥離してしまい、不良発生の原因となる。また、剥離しない場合でも抵抗成分が大きくなり、太陽電池モジュールの出力に影響することも考えられる。
【００１４】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は太陽電池素子の電極と接続タブの接続強度の低下を防止するとともに、太陽電池モジュールの出力低下を防止した高性能な太陽電池モジュールを提供することである。
【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、本発明に係る太陽電池モジュールでは、複数の太陽電池素子を接続タブで接続した太陽電池モジュールにおいて、前記接続ダブを前記太陽電池素子の受光面側と隣接する太陽電池素子の非受光面側とに融点が異なるはんだで接続したことを特徴とする。
【００１６】
上記太陽電池モジュールでは、前記太陽電池素子の受光面側と隣接する太陽電池素子の非受光面側のうち、前記接続タブが先に接続される側を実質的に鉛を含まないはんだで接続してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
図１は本発明に係る太陽電池モジュールの接続タブの接続順序を説明するための図である。図１において、１、２は太陽電池素子、３は受光面側バスバー電極、５は受光面側の接続タブ、８は非受光面バスバー電極、９は非受光面側の接続タブを示す。
【００１８】
受光面側の接続タブ５は、その表面全面に２０〜７０μｍ程度はんだコートした厚さ１００〜３００μｍ程度の銅箔を用いる。コートするはんだは、その融点が非受光面側の接続タブ９に使用するはんだよりも高いものを使用する。例えばスズ５０％、鉛５０％（融点２１５℃）またはスズ４０％、鉛６０％（融点２３８℃）またはスズ３０％、鉛７０％（融点２５８℃）の組成のものが最適である。
【００１９】
また、近年太陽電池モジュールにおいて、環境問題から有害物質である鉛を含有しないはんだが盛んに検討されているが、この鉛を実質的に含有しないはんだは従来の共晶はんだなどの鉛を含有したはんだに較べて融点が高いものが多い。例えば錫６３％、鉛３７％の組成の共晶はんだは、その融点は１８４℃であるのに較べ、広く使用されている鉛を含まないはんだである錫９６．５％、銀３％、銅０．５％の組成のはんだは融点が２２０℃である。したがって、受光面側の接続タブ５の表面を被覆するはんだとしてこのような鉛を実質的に含まないはんだも用いることができる。
【００２０】
また、その幅はそれ自身によって太陽電池素子の受光面に影を作らないように受光面側バスバー電極５の幅と同じかそれ以下にする。長さは受光面側バスバー電極３のほぼ全てに重なり、さらに所定の太陽電池素子１、２間の間隔と非受光面バスバー電極８に１０〜３０ｍｍ程度重なるようにする。一般的な１５０ｍｍ角の多結晶シリコン太陽電池素子を使用する場合、受光面側の接続タブ５の幅は、１〜３ｍｍ程度、その長さは１６０〜１８０ｍｍ程度である。受光面側の接続タブ５が受光面側バスバー電極３のほぼ全てに重なるようにするのは、太陽電池素子の抵抗成分を少なくするためである。
【００２１】
非受光面バスバー電極８は受光面側バスバー電極３に較べて通常太く、一例では４〜６ｍｍ程度である。非受光面側の接続タブ９は、その表面全面に２０〜７０μｍ程度はんだコートした厚さ５０〜１５０μｍ程度の銅箔を用いる。コートするはんだは、その融点が受光面側の接続タブ５に使用するはんだよりも低いものを使用する。例えばスズ６３％、鉛３７％（融点１８４℃）またはスズ６０％、鉛４０％（融点１９０℃）の組成のものが最適である。
【００２２】
また、その幅は非受光面バスバー電極８とほぼ同じであり、その長さは非受光面バスバー電極８の長さとほぼ同じか若干短めである。一般的な１５０ｍｍ角の多結晶シリコン太陽電池素子を使用する場合、幅は４〜６ｍｍ程度、その長さは１３０〜１５０ｍｍ程度である。非受光面側の接続タブ９を接続する目的は、電極の電気抵抗を少なくするためである。
【００２３】
本発明に係る太陽電池素子同士の接続は、次のように行う。まず、図１（ａ）に示すように、太陽電池素子１の受光面側バスバー電極３上に受光面側の接続タブ５を配置する。この受光面側の接続タブ５を押さえピン（不図示）で押さえながらホットエアーを吹き付け受光面側バスバー電極３と受光面側の接続タブ５の両者のはんだを溶融させ接続する。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、受光面側バスバー電極３上に受光面側の接続タブ５を取り付けた太陽電池素子１をひっくり返し、非受光面バスバー電極８の所定の位置に非受光面側の接続タブ９を配置する。この非受光面側の接続タブ９を押さえピン（不図示）で押さえながらホットエアーを吹き付け非受光面側バスバー電極８と非受光面側の接続タブ９の両者のはんだを溶融させ接続する。この場合において、受光面側の接続タブ５表面のはんだは、非受光面側の接続タブ９表面のはんだより融点が高いため、非受光面側の接続タブ９を取り付けるための加熱中においても、受光面側の接続タブ５が再度溶融することはなく、受光面側バスバー電極３から剥離することはない。
【００２５】
その後、図１（ｃ）に示すように、受光面側の接続タブ５の一端を隣接する太陽電池素子２の非受光面側の接続タブ９の所定位置に配置して押さえピン（不図示）で押さえながらホットエアーを吹き付けて太陽電池素子１の受光面側の接続タブ５と太陽電池素子２の非受光面側の接続タブ９の両者のはんだを溶融させて接続する。すなわち、接続タブ５と接続タブ９の重なりは約１０ｍｍであり、ホットエアーでピンポイントで短時間で溶着させるため、熱が他の部分に伝導する前にはんだが凝固することから、接続タブ５と接続タブ９が外れたりする問題はない。
【００２６】
上述の太陽電池素子１、２同士の接続方法では、まず太陽電池素子１の受光面側バスバー電極３上に受光面側の接続タブ５を接続し、その後非受光面バスバー電極８に非受光面側の接続タブ９を接続する場合について説明したが、先に非受光面バスバー電極８に非受光面側の接続タブ９を接続して受光面側の接続タブ５の一端を接続する場合においては、非受光面側の接続タブ９に使用するはんだの融点を受光面側の接続タブ５に使用する融点より高くすればよい。
【００２７】
図２は、本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。図２において、１２は透光性基板、１３、１５は充填材、１４は接続タブで接続した複数の太陽電池素子、１６は裏面材である。
【００２８】
透光性基板１２は、厚さ３〜５ｍｍ程度の白板強化ガラス等が多く使用される。太陽電池素子１４は厚み０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなり、概略の大きさは例えば多結晶シリコン太陽電池でおよそ１５０ｍｍ角である。太陽電池モジュールを作成するときには太陽電池素子１４の電極とはんだメッキなど施した銅箔などの接続タブ１７を接続し、さらに太陽電池モジュールから所定の電気出力を取り出せるように、接続タブ１７で複数の太陽電池素子１４を直並列に接続したものを用いる。
【００２９】
充填材１３、１５は上述のようにエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）のほかポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とするものが多く用いられる。非受光面材１６は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂などが用いられる。
【００３０】
太陽電池モジュールでは、図２に示すように、重畳したものをラミネーターと呼ばれる装置で全体を加熱しながら押圧一体化する。この一体化したものにアルミなどで作成したモジュール枠（不図示）を四辺にビス止めし、さらに太陽電池モジュールの電気出力を外部の回路に接続するための端子ボックス（不図示）を接着剤で固定して太陽電池モジュールが完成する。
【００３１】
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、薄膜系太陽電池などでも透光性基板の非受光面に複数の太陽電池素子を配置し、この複数の太陽電池素子を接続タブにより電気的に接続した太陽電池モジュールであれば適用される。
【００３２】
【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、受光面側の接続タブと非受光面側の接続タブとを融点が異なるはんだで被覆することから、接続タブの再溶融による剥離の発生がなくなり、これにより接続タブの太陽電池素子から剥離や太陽電池モジュールの出力低下を防ぐことが可能となる。
【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接続タブの接続順序を説明するための図である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールの構造を示す図である。
【図３】従来の太陽電池モジュールを示す図である。
【符号の説明】
１、２；太陽電池素子、３、４；受光面側バスバー電極、５．６；受光面側の接続タブ、７；受光面側フィンガ電極、８；非受光面バスバー電極、９；非受光面側の接続タブ、１２；透光性基板、１３、１５；充填材、１４；複数の太陽電池素子、１６；裏面材

Claims (2)

1. 複数の太陽電池素子を接続タブで接続した太陽電池モジュールにおいて、前記接続ダブを前記太陽電池素子の受光面側と隣接する太陽電池素子の非受光面側とに融点が異なるはんだで接続したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池素子の受光面側と隣接する太陽電池素子の非受光面側のうち、前記接続タブが先に接続される側を実質的に鉛を含まないはんだで接続した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。

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