JP2004319615A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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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
【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/cm2 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/cm2 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
【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/cm2 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/cm2 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 (6)
- 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。
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-
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