JP2004319615A

JP2004319615A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2004319615A
Application number: JP2003108718A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Watanuki; 勇次郎綿貫
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】薄膜太陽電池の出力を取り出すモジュールの内部配線構造に関して、電気的，機械的に高い信頼性が得られるように改良する。
【解決手段】薄膜太陽電池１０の受光面，裏面側を保護層１５，１９で封止し、さらに金属補強板２０を裏打ちした上で、補強板に端子ボックス２３を設け、該端子ボックスに連ねて補強板および裏面側保護層に開口した穴２６を通して薄膜太陽電池の＋極，−極電極と端子ボックスとの間に出力リード線２４を配線した太陽電池モジュールにおいて、前記穴２６の開口位置に合わせて薄膜太陽電池の裏面に形成した＋極，−極の接続電極面に積層して導電性接合パッド２７を発電領域内に設置し、かつ該接合パッドの表面一部を前記穴に露出させてパッド表面を耐熱性の絶縁材により被覆し、前記導電性パッドの露出面に出力リード線を半田接合して端子ボックスに引き出すようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の屋根等に取り付けて太陽光発電を行う太陽電池モジュールに関し、詳しくはその内部配線構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池として、フレシキブルなプラスチックシートを基板として、この基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の薄膜半導体層からなる光電変換素子，透明電極，接続電極をパターンニングしたフィルム基板形の薄膜太陽電池が公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
次に、前記フィルム基板形薄膜太陽電池の構造を図７で説明する。図において、１はプラスチック基板、２はアモルファスシリコンの光電変換層、３は透明電極、４は光電変換層２の裏面電極、５はプラスチック基板１の背面に形成した接続電極、６はプラスチック基板１を貫通して透明電極３と接続電極５との間を導通する集電ホール（スルーホール）、７は接続電極５と裏面電極４との間を導通する接続ホールであり、プラスチック基板１の光入射側に形成した透明電極３，光電変換層２，および裏面電極４にはセル分割溝８をレーザースクライブして複数の単位セルに分離し、さらにプラスチック基板１の裏側に形成した接続電極５には前記の単位セルと半ピッチずらして分割溝９をレーザースクライブし、これで複数単位セルを直列接続した薄膜太陽電池１０を構成している。
【０００４】
上記のフィルム基板形薄膜太陽電池は軽量であり、またロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）プロセスが適用できて量産性にも優れていることから各種用途への適用が進められており、特に電力用分野では、屋外環境での使用にも十分耐えるように薄膜太陽電池に封止保護層および補強板などの外装を施した太陽電池モジュールが既に実用化されており、その具体例として薄膜太陽電池の受光面および裏面をシート状の保護層で封止し、さらに金属補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面側に端子ボックスを設け、この端子ボックスに連ねて金属補強板および裏面側保護層に開口した穴を通して薄膜太陽電池の＋極，−極電極と端子ボックスとの間に出力リード線を配線して太陽電池の出力を外部に取り出すように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２参照。）
次に、前記の特許文献２に開示されている太陽電池モジュールの組立構造を図４〜図６に示す。薄膜太陽電池１０は、その受光面側がフィルム状の接着層（ＥＶＡ）１１、防湿層（ＥＴＦＥ）１２，強化層（ガラス繊維で補強したＥＶＡ）１３，表面保護層（ＥＴＦＥ）１４からなる受光面側保護層１５で封止され、また裏面側（非受光面）は接着層（ＥＶＡ）１６，絶縁層（ＥＴＦＥやボリイミド）１７，接着層１８からなる裏面側保護層１９で封止され、さらに最裏面に鋼板などで作られた補強板２０を裏打ちしている。なお、上記モジュールの製作工程では、各層を積層した状態で真空ラミネータなどを用い、加圧しながら層間を熱融着して一体化されている。
【０００５】
また、太陽電池の発電出力を取り出すために、あらかじめ薄膜太陽電池１０の左右両側に振り分けて非発電領域に内部リード（平箔銅線）２１を布設した上で、導電性粘着テープ，平箔銅線など渡り線２２を介して薄膜太陽電池１０の裏面に形成した＋極，−極の接続電極９（図７参照）に接続しておき、この内部リード２１と前記補強板２０の背面に設置した端子ボックス２３との間に図６で詳記するように出力リード線２４を配線し、端子ボックス２３に接続した出力ケーブル２５を介して太陽電池の発電出力を外部に取り出すようにしている。
【０００６】
すなわち、図６において、端子ボックス２３に連ねて補強板２０および裏面側保護層１９には出力リード線２４を通す穴２６を開口し、この穴２６の中を通して出力リード線２４の先端を内部リード（平箔銅線）２１に半田接合している。なお、２３ａは端子ボックス２３の端子台、２３ｂは端子ねじ、２３ｃは端子ボックスの蓋であり、端子ボックス２３の端子台２３ａに出力リード線２３を接続した後にボックスの内部に封止樹脂を充填し、外部から雨水がモジュール内部に浸透するのを防ぐようにしている。
【０００７】
また、前記した渡り線２２を省略し、内部リード２１を薄膜太陽電池１０に直接接続して他端を非発電領域に引き出し、この位置で電極リード線２４を介して端子ボックス２３との間を配線するようにした構造のものも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２２３７２７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１１１０３２号公報
【特許文献３】
特開２０００−２４４００１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来構造の太陽電池モジュールには、製作面で次記のような問題点がある。
【００１０】
（１）太陽電池モジュールを構成する薄膜太陽電池，封止保護材，裏面補強板などの各部材を一体にラミネートし、さらに端子ボックス２３を設置する裏面補強板２０の開口部に合わせて裏面側保護層１９に穴２６を切り込み形成した状態で、穴２６に挿入して内部リード（平銅箔）２１に半田付けツールを使って出力リード線２４の半田接合を行うと、ツールから加えた熱により穴２６の開口部に面した裏面側保護層１９の接着層（ＥＶＡ）１６，１８が溶出し、また絶縁層（ＥＴＦＥ）１７も熱劣化して絶縁抵抗が低下するようになり、最悪の場合には内部リード２１と金属製の補強板２０とが接触して電気的に短絡した状態になることがある。このような欠陥が生じると、太陽電池素子が地絡状態となって発電不能となる。
【００１１】
（２）また、内部リード２１を薄膜太陽電池１０の側方の非発電領域に引き出した上で、出力リード線２４を介して端子ボックス２３との間を接続した内部配線構造では、モジュールの非発電領域が増して太陽電池の面積効率が低下するのみならず、この内部リード２１に対する絶縁，封止の処理が必要となって製品がコスト高となる。
【００１２】
なお、内部リード２１を省略して出力リード線２４を薄膜太陽電池１０の接続電極に直接半田付けした場合には、薄膜太陽電池自身がフィルム状で強度が極めて低いため、僅かな外力で出力リード線の半田付け部が剥離してしまって実用的な信頼性が確保できない。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、薄膜太陽電池の出力を取り出す内部配線構造に関して、配線作業が簡便で、かつ電気的，機械的に高い信頼性が得られるように改良した太陽電池モジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、薄膜太陽電池の受光面および裏面を保護層で封止し、さらに金属製の補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面側に端子ボックスを設け、該端子ボックスに連ねて補強板および裏面側保護層に開口した穴を通して薄膜太陽電池の＋極，−極電極と端子ボックスとの間に出力リード線を配線した太陽電池モジュールにおいて、
前記穴の開口位置に合わせて薄膜太陽電池の裏面に形成した＋極，−極の接続電極面に導電性の接合パッドを積層し、かつ該接合パッドの表面一部を前記穴に露出させてパッド表面の残り面域を耐熱性の高い絶縁材により被覆し、前記導電性パッドの露出面に出力リード線を接合して端子ボックスに引き出すようにするものとし（請求項１）、具体的には前記出力リード線の先端を接合パッドの露出面に突き合わせて半田接合するようにし（請求項２）、また接合パッドの露出面を補強板に開口した穴の大きさと同等もしくはそれ以下に規制するように設定する（請求項３）。
【００１５】
上記の構成により、半田付けの際に加えた熱で穴周面の封止材が溶け出した場合でも、接合パッドの表面に被覆した耐熱性絶縁材がバリアの役目を果し、接合パッドと補強板（金属製）とが電気的に短絡するのを防止して両者の間に所要の絶縁耐力を確保することができる。しかも、接合パッドを薄膜太陽電池の裏面側に形成した接続電極面に直接積層して太陽電池の発電領域内に設置したことで、内部リードを非発電領域に引き出して出力リード線と接続するようにした従来構造と比べて太陽電池の面積効率が向上する。
【００１６】
また、上記の配線構造における接合パッドおよび該接合パッドを被覆する絶縁材については、具体的に次記のような態様で構成できる。
【００１７】
（１）前記の接合パッドを銅，ニッケル等の半田付け性の良い導電材の箔に導電性粘着剤を塗布した導電箔粘着テープとして、該導電箔粘着テープの表面中央にリード線と接合する露出面を残してその周域に絶縁テープを貼り合わせ、導電箔粘着テープを薄膜太陽電池の接続電極面に貼り付けるようにし（請求項４）、ここで前記の絶縁テープは導電箔粘着テープ（接合パッド）よりもサイズが大きな絶縁粘着テープとし、かつその中央に導電箔粘着テープの露出面を形成するように窓穴を開口する（請求項５）。
【００１８】
（２）接合パッドを表面に半田メッキを施した銅箔ブスバーとし、該銅箔ブスバーの表面中央にリード線と接合する露出面を残してその両側に導電性粘着テープ／金属テープ／絶縁テープの三層からなる幅広な積層テープを貼り合わせ、該積層テープを介して銅箔ブスバーを太陽電池の接続電極面に重ねて貼り付け固定する（請求項６）。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図４〜図７に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【００２０】
まず、本発明による太陽電池モジュールの基本的な内部配線構造を図１（ａ），（ｂ）に示す。なお、図示の太陽電池モジュールは模式的に表しており、実際の製品では薄膜太陽電池１０の受光面側，裏面側に積層した保護層１５，１９，および補強板２０を熱融着ラミネートして一体化し、薄膜太陽電池１０の周域を封止するようにしている。
【００２１】
ここで、補強板２０および裏面側保護層１９に開口した出力リード線引き出し用の穴２６は、薄膜太陽電池１０の裏面に形成した＋極，−極の接続電極と向かい合うように発電領域内の両端箇所に形成されており、この穴２６に位置を合わせて導電性の接合パッド２７が薄膜太陽電池１０の接続電極面に設置されている。また、この接合パッド２７に対しては、詳細構造を後記するようにパッドの表面一部に出力リード線２４を接合するための露出面を残して残り面域に絶縁材で被覆するようにしている。
【００２２】
そして、薄膜太陽電池１０に保護層１５，１９および補強板２０をラミネートして一体化した状態で、穴２６を通して挿入した出力リード線２４の先端を前記接合パッド２７の露出面に突き当てて半田接合し、この出力リード線２４を補強板２０の開口端に設けた端子ボックス２３に接続して太陽電池の出力を外部に取り出すようにしている。
【００２３】
次に、接合パッド２７を絶縁被覆材と組み合わせて薄膜太陽電池１０の接続電極に設置する具体的な配線構造およびその組立方法についての実施例を図２，図３で説明する。
【００２４】
〔実施例１〕
図２（ａ），（ｂ）は本発明の請求項４，５に対応する実施例を示すものである。この実施例では、先記の接合パッド２７として、外形サイズ１５ｍｍ□，厚さ０．０９ｍｍの導電箔（銅箔）粘着テープ２７−１を使用する。また、接合パッドの表面（粘着材を塗布した面と反対側）を被覆する絶縁材には、例えばポリエステルフィルムを支持体としてアクリル系粘着材を塗布した外径２０ｍｍφ，厚さ０．０２５ｍｍの粘着絶縁テープ２８を用い、この絶縁テープ２８の中心にあらかじめ８ｍｍφの窓穴２８ａを開けた上で銅箔粘着テープ２７−１の表面に貼り合わせ、銅箔粘着テープ２７−１の表面に前記窓穴２８ａに対応する露出面２７ａを残してその周域を絶縁粘着テープで被覆するようにしている。なお、露出面２７ａの大きさ（絶縁テープ２８に空けた窓穴２８ａの開口サイズ）は、図１で出力リード線２４を通すように裏面側保護層１９に開口した穴２６（例えば穴径１０ｍｍ）と同等もしくはそれ以下の大きさに制限しておくものとする。
【００２５】
そして、前記の銅箔粘着テープ２７−１を薄膜太陽電池１０に対し、その裏面側にパターン形成した＋極，−極の接続電極９の面上に指定した位置（裏面側保護層１９，補強板２０に開口した穴２６に対応する位置）に重ねて貼り付ける。なお、薄膜太陽電池１０に保護層１５，１９および補強板２０を重ねて一体にラミネートする際には、あらかじめ裏面側保護層１９の封止層１６，１８および絶縁層１７（図５参照）ごとに、あらかじめ補強板２０の開口穴と対応する箇所に穴を形成してから各層を積み重ね、さらにこの積層状態で補強板２０の開口穴からフッ素系粘着テープを前記絶縁テープ２８の上に仮止めして銅箔粘着テープ２７−１の露出面２７ａを塞ぎ、ラミネート工程の加熱処理で溶けだした接着層（ＥＶＡ）が露出面２７ａに付着するのを防ぐようにしておき、ラミネート後はこの粘着テープを剥がす。これにより、図１のモジュール組立状態では、穴２６の底部に前記した銅箔粘着テープ２７−１の露出面２７ａが露呈することになる。
【００２６】
次いで、前記穴２６の開口端から出力リード線２４を差し込み、その先端を銅箔粘着テープ２７−１の露出面２７ａに突き合わせた上で半田付けツール（例えばパルスヒート方式）を使って半田接合する。これにより、出力リード線２４と銅箔粘着テープ２７−１との間で１３ｋｇ／ｃｍ^２以上の半田接合強度が得られることが確認されている。
【００２７】
そして、出力リード線２４を半田接合した後に、補強板２０の開口部に端子ボックス２３を取り付けた上で、図６で述べたように出力リード線２６を端子ボックス２３の端子台２３ａに締結し、さらに端子ボックスの内部に封止樹脂を充填して太陽電池モジュールが完成する。
【００２８】
上記した内部配線構造を採用することにより、出力リード線２４を半田接合する際に、半田付けツールから加わる熱で穴２６の周面の接着層（ＥＶＡ）が溶出しても、前記の絶縁テープ２８が銅箔粘着テープ２７−１の露出面２７ａを除く周面域を覆っていてバリアの役目を果すので、銅箔粘着テープ２７−１と補強板（金属製）２０とが直接接触して電気的に短絡するおそれはなく、これにより電気的，機械的に高い信頼性が確保できる。
【００２９】
〔実施例２〕
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の請求項６に対応する実施例を示すものである。この実施例においては、導電性の接合パッド２７として、幅３ｍｍ，厚さ０．１ｍｍの平銅箔に半田メッキを施した銅箔ブスバー２７−２を用い、その長手方向の中央に出力リード線２４（図１参照）を半田接合するための露出面２７ａを確保するように間隔ｄ（例えば、ｄ＝５ｍｍ程度）を空けた上で、その左右両端部に次記構成になる幅１０ｍｍの積層テープ２９を貼り合わせる。この積層テープ２９は図３（ｄ）で表すように、導電性粘着テープ２９ａ／金属テープ（例えばアルミテープ）２９ｂ／絶縁テープ（例えばＰＥＴテープ）２９ｃの３層からなる積層テープであり、導電性粘着テープ２９ａを銅箔ブスバー２７−２の上に貼り合わせ、この積層テープ２９を介して銅箔ブスバー２７−２を先記実施例１と同様に薄膜太陽電池１０の接続電極面に貼り付ける。
【００３０】
なお、前記の銅箔ブスバー２７−２は、厚さを０．０３５〜０．２ｍｍ程度の範囲とするのが良い。すなわち、厚さ０．０３５ｍｍ以下では強度が不足して出力リード線２４の半田接合時に破断してしまい、また厚さが０．２ｍｍ以上になると薄膜太陽電池１０にラミネートする裏面側保護層１９，補強板２０との間に隙間が生じ易くなって作業性が悪くなる。
【００３１】
そして、実施例１と同様な手順で薄膜太陽電池１０の受光面側，裏面側に保護層１５，１９、および裏面補強板２０を積層して一体にラミネートした後、補強板１０に開口する穴２６から出力リード線２４を差し込み、その先端を穴２６の底面に露呈している銅箔ブスバー２７−２の露出面２７ａに突き当てて半田付けを行う。また、半田接合後は、補強板２０の開口部に端子ボックス２３を取り付けて出力リード線２４を端子台に締結して太陽電池モジュールが完成する。
【００３２】
なお、この実施例においても、実施例１と同様に出力リード線２４と銅箔ブスバー２７−２との間の半田接合強度が１３ｋｇ／ｃｍ^２以上になることが確認されている。また、半田付け工程での加熱により、穴２６に面した裏面側保護層１９の接着層（ＥＶＡ）が溶出しても、露出面２７ａの両側に貼り付けた積層テープ２９の絶縁テープ２９ｃがバリアの役目を果し、銅箔ブスバー２７−２と補強板（金属製）２０とが接触して電気的に短絡されるのを防ぐことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、薄膜太陽電池の受光面および裏面を保護層で封止し、さらに金属製の補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面側に端子ボックスを設け、該端子ボックスに連ねて補強板および裏面側保護層に開口した穴を通して薄膜太陽電池の＋極，−極電極と端子ボックスとの間に出力リード線を配線した太陽電池モジュールにおいて、前記穴の開口位置に合わせて薄膜太陽電池の裏面に形成した＋極，−極の接続電極面に積層して導電性の接合パッドを設置し、かつ該接合パッドの表面一部を前記穴に露出させてパッド表面の残り面域を耐熱性絶縁材により被覆し、前記導電性パッドの露出面に出力リード線を接合して端子ボックスに引き出したことにより、
従来構造と比べて太陽電池の面積効率を向上しつつ、太陽電池の出力を取り出すために薄膜太陽電池の接続電極と端子ボックスとの間に配線する出力リード線の半田接合が簡便で、かつ半田付けを行う際の加熱による封止接着層の溶出に起因する絶縁欠陥を防止して電気的，機械的にも高い信頼性の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】本発明の実施例による太陽電池モジュールの組立構造を模式的に表した図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれモジュールの背面図、および縦断面図
【図２】図１における薄膜太陽電池から出力を取り出す配線構造の第１実施例による配線部品の構成図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図，および平面図
【図３】図１における薄膜太陽電池から出力を取り出す配線構造の第２実施例による配線部品の構成図で、（ａ）は側視断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は端面図、（ｄ）は積層テープの断面図
【図４】太陽電池モジュールの従来構造の平面図
【図５】図４における矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図６】図５における端子ボックスおよびその周辺の拡大断面図
【図７】薄膜太陽電池の構成図
【符号の説明】
１０薄膜太陽電池
１５受光面側保護層
１９裏面側保護層
２０補強板
２３端子ボックス
２４出力リード線
２６穴
２７接合パッド
２７−１銅箔粘着テープ
２７−２銅箔ブスバー
２７ａ露出面
２８絶縁テープ
２８ａ窓穴
２９積層テープ
２９ａ粘着テープ
２９ｂ金属テープ
２９ｃ絶縁テープ

Claims

薄膜太陽電池の受光面および裏面を保護層で封止し、さらに金属製の補強板を裏打ちした上で該補強板の裏面側に端子ボックスを設け、該端子ボックスに連ねて補強板および裏面側保護層に開口した穴を通して薄膜太陽電池の＋極，−極電極と端子ボックスとの間に出力リード線を配線した太陽電池モジュールにおいて、
前記穴の開口位置に合わせて薄膜太陽電池の裏面に形成した＋極，−極の接続電極面に積層して導電性の接合パッドを設置し、かつ該接合パッドの表面一部を前記穴に露出させてパッド表面の残り面域を耐熱性絶縁材により被覆し、前記導電性パッドの露出面に出力リード線を接合して端子ボックスに引き出したことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、出力リード線の先端を接合パッドの露出面に突き合わせて半田接合したことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１または２項に記載の太陽電池モジュールにおいて、接合パッドの露出面を、補強板に開口した穴の大きさと同等もしくはそれ以下に設定したことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１ないし３のいずれかの項に記載の太陽電池モジュールにおいて、接合パッドが銅，ニッケル等の半田付け性の良い導電材の箔に導電性粘着剤を塗布した導電箔粘着テープであり、該導電箔粘着テープの表面中央にリード線と接合する露出面を残してその周域に絶縁テープを貼り合わせ、導電箔粘着テープを薄膜太陽電池の接続電極面に貼り付けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項４に記載の太陽電池モジュールにおいて、絶縁テープが導電箔粘着テープよりもサイズが大きな絶縁粘着テープであり、かつその中央に導電箔粘着テープの露出面に対応する窓穴を開口したことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項１ないし３のいずれかの項に記載の太陽電池モジュールにおいて、接合パッドが表面に半田メッキを施した銅箔ブスバーであり、該銅箔ブスバーの表面中央にリード線と接合する露出面を残してその両側に導電性粘着テープ／金属テープ／絶縁テープの三層からなる幅広な積層テープを貼り合わせ、該積層テープを介して銅箔ブスバーを太陽電池の接続電極面に貼り付けたことを特徴とする太陽電池モジュール。