JP2005142282A - インターコネクタ、並びに、それを用いる太陽電池ストリングおよびその製造方法、並びに、その太陽電池ストリングを用いる太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池セルとの接続後に太陽電池セルに生ずる反りを低減でき、接続後の信頼性にも優れ、電気出力のロスも小さいインターコネクタを提供すること。
【解決手段】 インターコネクタは、隣接する太陽電池セルの電極を電気的に接続するための細長い導電部材を備え、導電部材はその両端が太陽電池セルの電極に接続される接続部であり、接続部の少なくとも１つは断面積が局部的に縮小された複数の小断面積部を有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、インターコネクタ、並びに、それを用いる太陽電池ストリングおよびその製造方法、並びに、その太陽電池ストリングを用いる太陽電池モジュールに関し、より詳しくは、太陽電池セルがインターコネクタによって接続される際に各太陽電池セルに生ずる反りを低減できるインターコネクタに関する。

太陽光発電システムが急速に普及するにつれ、太陽電池セルの製造コストの低減は必要不可欠となっている。製造コストの低減において、基板材料であるシリコンウェハの大型化および薄型化は非常に有効な手段である。

しかしながら、シリコンウェハの大型化、薄型化に伴い、従来より用いられてきたインターコネクタ（隣接する太陽電池セルを電気的に接続するための細長い導電部材）をそのまま使用すると、太陽電池セルの電極とインターコネクタとを接続するための加熱工程において、太陽電池セルの基板材料であるシリコンと、インターコネクタの基材である銅との熱膨張係数差により、室温まで温度が低下した際に太陽電池セルが大きく反るという問題が生じる。
太陽電池セルに生じた反りは、自動化されたモジュール作製ラインの搬送系において搬送エラーやセル割れを引き起こす原因となる。

また、複数の太陽電池セルがインターコネクタによって電気的に接続された状態（以下、この発明において「ストリング」と呼ぶ）では、各太陽電池セルに反りがあると、モジュール作製のための樹脂封止工程においてストリングを構成する各太陽電池セルに局部的に強い力が加わり、太陽電池セルに割れが生ずる原因となる。

このような問題に対処するため、インターコネクタを縒り線で形成し、このインターコネクタを太陽電池セルの電極の両端の２点に接合する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。このような方法によれば、インターコネクタは縒りの方向に伸縮するので、基板に平行な方向（インターコネクタの長手方向）への伸縮が小さくなり、インターコネクタ接合後の太陽電池セルの反りが小さくなる。

また、太陽電池セルとインターコネクタとの熱膨張係数差を小さくするために、熱膨張係数が小さい材料と銅とのクラッド材をインターコネクタに用いる方法も知られている。
特開平１１−２５１６１３号公報

上述のインターコネクタを縒り線で形成する方法では、太陽電池セルの電極とインターコネクタとの間に接合されていない部分が存在する。
このため、太陽電池モジュールの完成後、太陽電池モジュールが受ける熱サイクルによって太陽電池モジュールの封止樹脂が軟化し流動すると、接合されていない部分からインターコネクタが外れたり、場合によっては断線する可能性があり、長期的な信頼性に課題がある。

また、熱膨張係数が小さい材料と銅とのクラッド材をインターコネクタに用いる方法では、銅のみからなるインターコネクタと比較して抵抗値が大きくなり、電気出力をロスする問題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、太陽電池セルとの接続後に太陽電池セルに生ずる反りを低減でき、接続後の信頼性にも優れ、電気出力のロスも小さいインターコネクタを提供するものである。

この発明は、隣接する太陽電池セルの電極を電気的に接続するための細長い導電部材を備え、導電部材はその両端が太陽電池セルの電極に接続される接続部であり、接続部の少なくとも１つは断面積が局部的に縮小された複数の小断面積部を有するインターコネクタを提供するものである。

この発明によるインターコネクタにおいて、接続部は断面が方形であって、各小断面積部は接続部の対向する２側面をそれぞれ切り欠いて形成されてもよい。
また、このような構成において、接続部の一方の側面を切り欠いて形成された小断面積部と、他方の側面を切り欠いて形成された小断面積部とが導電部材の長手方向に沿って交互に並ぶように配置されてもよい。

また、この発明によるインターコネクタにおいて、接続部は断面が方形であって、各小断面積部は接続部の対向する２側面のうち１つの側面を切り欠いて形成されてもよい。

また、この発明によるインターコネクタにおいて、接続部は断面が円形であって、各小断面積部は接続部の外周面を半径方向に切り欠いて形成されてもよい。

また、この発明によるインターコネクタにおいて、導電部材はハンダめっきされた銅からなっていてもよい。

ここで、図１〜５を用いて、この発明によるインターコネクタが太陽電池セルの反りを低減する原理を説明する。図１〜５は、この発明の原理の理解のために用いられるものであり、この発明によるインターコネクタの形状は、図１〜５に示されるものに限定されない。

図１は、この発明によるインターコネクタによって接続された太陽電池セルを示す説明図、図２は、図１に示されるインターコネクタの接続部の拡大図、図３は図２に示されるインターコネクタを太陽電池セルの電極に熱を加えて接続する様子を示す説明図、図４は熱を加えて接続したインターコネクタが室温まで冷却された状態を示す説明図、図５はインターコネクタの小断面積部が延伸して太陽電池セルの反りが低減された状態を示す説明図である。

図１に示されるように、この発明によるインターコネクタ１は、隣接する太陽電池セル９の電極（図示せず）を電気的に接続するための細長い導電部材３を備え、導電部材３は、隣接する太陽電池セル９の電極にそれぞれ接続される接続部５を有している。
図２に示されるように、接続部５は、断面積が局部的に縮小された複数の小断面積部７を有している。

図３に示されるように、太陽電池セル９の電極（図示せず）にインターコネクタ１の接続部５を加熱によって接合した後、加熱状態にあったインターコネクタ１と太陽電池セル９を室温まで冷却すると、図４に示されるように、インターコネクタ１が太陽電池セル９よりも大きく収縮するため、太陽電池セル９には凹状の反りが発生する。
この際、太陽電池セル９には元の形状に戻ろうとする力（復元力）が発生している。この復元力は、図４の矢印の方向に、インターコネクタ１に対して引張り応力を加える。

インターコネクタ１に引張り応力が加えられると、他の部分と比べて比較的強度の弱い小断面積部７が延伸し、これにより、図５に示されるように太陽電池セル９の反りが低減される。

この発明によれば、インターコネクタは接続部の少なくとも１つが導電部材の長手方向に沿って並んだ小断面積部を有するので、他の箇所に比べて比較的強度の弱い小断面積部が反った太陽電池セルの元の形状に戻ろうとする力により延伸し、結果として太陽電池セルに生ずる反りが低減される。
また、上述のように小断面積部が延びることにより太陽電池セルの反りが低減されるので、太陽電池セルに加わる熱ストレスを気にすることなく太陽電池セルの電極の全面にインターコネクタの接続部を接合でき、接続後の信頼性に優れる。

この発明によるインターコネクタは、隣接する太陽電池セルの電極を電気的に接続するための細長い導電部材を備え、導電部材はその両端が太陽電池セルの電極に接続される接続部であり、接続部の少なくとも１つは断面積が局部的に縮小された複数の小断面積部を有することを特徴とする。

ここで、太陽電池セルには、アモルファス、多結晶、単結晶シリコンなどの元素半導体、ＧａＡｓなどの化合物半導体などを用いて形成されたものが含まれる。

導電部材は、箔状、板状、円柱状などに形成された導電体からなり、板状に形成された導電体からなることが好ましい。
導電部材が板状である場合、その幅は、０．５〜５．０ｍｍ程度が好ましく、０．５〜３．０ｍｍ程度がさらに好ましく、２ｍｍ程度が特に好ましい。また、厚さは、０．０５〜０．５ｍｍ程度が好ましく、０．０５〜０．３ｍｍ程度がさらに好ましく、０．１６ｍｍ程度が特に好ましい。

また、導電部材の一端又は両端は複数本に分岐されていてもよい。例えば、隣接する太陽電池セルの一方がその受光表面に複数の電極を備え、他方がその裏面に１つの電極を有している場合、一端が複数本に分岐された導電部材からなるインターコネクタを用いることが好ましい。

導電体には、種々の金属、合金などが含まれ、具体的には、Ａｕ，Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属、及びこれらの合金が含まれ、なかでもＣｕを用いることが好ましい。

また、導電部材はハンダめっきが施されていることが好ましい。ハンダめっきが施されたインターコネクタは、太陽電池セルの電極により確実に接続されるからである。ハンダめっきは小断面積部の形成後に施されることが好ましい。

また、接続部は、導電部材のうち太陽電池セルの電極に接続される両端部分を意味する。そして、この発明では、接続部の少なくとも１つに、複数の小断面積部が形成されていればよい。

各小断面積部は、断面積が局部的に縮小された部分を意味する。具体的には、接続部の一部を切り欠いて形成された幅の狭い部分、或いは、小径の部分を意味する。接続部の一部を切り欠く方法としては、機械的に切削や研磨を行う方法や、エッチングを施す方法が挙げられる。
小断面積部は、接続部のなかで局部的に強度が弱くなっているため、比較的弱い力で延伸される。このため、小断面積部は、反った太陽電池セルが元の形状に戻ろうとする復元力により延伸し太陽電池セルの反りを低減するのに寄与する。

なお、小断面積部を設けることにより、インターコネクタの電気抵抗の増大が懸念されるが、導電部材の長手方向に沿った各小断面積部の長さをインターコネクタ全長と比較して極めて小さな長さとすることにより、インターコネクタ全体としての電気抵抗の増大を無視できる程度の大きさに抑えることができる。

また、接続部以外に小断面積部が形成されていてもよい。例えば、両接続部の間に小断面積部を形成すると、隣接する太陽電池セル間の距離が変化した場合に、前記小断面積部が延伸することにより、太陽電池セルとインターコネクタの接合部にかかる応力が緩和される。

小断面積部は、例えば、図６〜１１に示す形状とすることができる。図６〜８は導電部材の断面が方形である場合の形状例、図９〜１１は導電部材の断面が円形である場合の形状例を示す。なお、図６〜１１の各図において、（ａ）は接続部の平面、（ｂ）は接続部の側面、（ｃ）は接続部の正面をそれぞれ示している。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、小断面積部７は、接続部５の対向する２側面３ａ，３ｂをそれぞれ切り欠いて形成されてもよい。
また、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、接続部５の一方の側面３ａを切り欠いて形成された小断面積部７と、他方の側面３ｂを切り欠いて形成された小断面積部７とが導電部材の長手方向に沿って交互に並ぶように配置されてもよい。
また、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、小断面積部７は、接続部５の表面３ｃを切り欠いて形成されてもよい。
また、図９〜１１に示されるように、小断面積部７は接続部５の外周面３ｅを半径方向に切り欠いて形成されてもよい。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ）、並びに、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される小断面積部７の形状例において、接続部５の切り欠き幅Ｗ１は、接続部の最大幅Ｗ２の１０％〜４０％程度、好ましくは２０％〜３０％程度、さらに好ましくは２５％程度とすることができる。
具体的には、接続部５の最大幅Ｗ２が２ｍｍ程度である場合、切り欠き幅Ｗ１は０．５ｍｍ程度であることが好ましい。

また、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）、並びに、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される小断面積部７の形状例において、接続部５の切り欠き幅Ｗ３は、接続部５の最大幅Ｗ４の２０％〜８０％程度、好ましくは４０％〜６０％程度、さらに好ましくは５０％程度とすることができる。
具体的には、接続部５の最大幅Ｗ４が２ｍｍ程度である場合、切り欠き幅Ｗ３は１ｍｍ程度であることが好ましい。

また、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）、並びに、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される小断面積部７の形状例において、接続部５の切り欠き幅Ｗ５は、接続部５の最大厚さＷ６の２０％〜８０％程度、好ましくは４０％〜６０％程度、さらに好ましくは５０％程度とすることができる。

また、図６〜１１に示される小断面積部７の形状例において、複数の小断面積部７は、導電部材の長手方向に沿って所定のピッチＰ１で形成されることが好ましい。ピッチＰ１は５〜４０ｍｍ程度とすることができ、好ましくは５〜２０ｍｍ程度、さらに好ましくは１０ｍｍ程度とすることができる。

この発明は、別の観点から見ると、互いに隣接してそれぞれ電極を有する太陽電池セルと、隣接する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とを備え、インターコネクタはこの発明による上述のインターコネクタである太陽電池ストリングを提供するものでもある。

この発明による上記太陽電池ストリングにおいて、各太陽電池セルは方形であって、各辺が１５５ｍｍ以上であることが好ましい。
また、この発明による上記太陽電池ストリングにおいて、各太陽電池セルは厚さが３００μｍ以下であることが好ましい。

というのは、太陽電池セルが大きくなればなるほど、また、薄くなればなるほど、太陽電池セルの反りの問題は深刻になるが、この発明による上述のインターコネクタを用いると、一辺１５５ｍｍ以上の大型太陽電池セルや、３００μｍ以下の厚さのシリコン基板を用いて形成された薄型太陽電池セルであってもインターコネクタとの接続時に生ずる反りが効果的に低減され、生産性の向上が図られるからである。

この発明は、さらに別の観点からみると、この発明による上述の太陽電池ストリングを製造するための方法であって、太陽電池セルの電極とインターコネクタの接続部とを、ヒーター加熱、ランプ加熱、及びリフロー方式のいずれか１つによって接続する工程を備える太陽電池ストリングの製造方法を提供するものでもある。

このような製造方法によれば、太陽電池セルの電極とインターコネクタの接続部がヒーター加熱、ランプ加熱、及びリフロー方式のいずれかの方法で接続されることにより、太陽電池セルの電極の全面にわたってインターコネクタが接合され、完成したモジュールの長期信頼性が高められる。

この発明は、さらに別の観点から見ると、太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングを封止する封止材と、太陽電池ストリングから封止材を介して外部に延びる一対の外部端子とを備え、太陽電池ストリングはこの発明による上述の太陽電池ストリングである太陽電池モジュールを提供するものでもある。

太陽電池ストリングを封止材で封止することにより、太陽電池ストリングの耐環境性が高められる。封止材には、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体が用いられる。

この発明による上記太陽電池モジュールは、受光面側にガラスやポリカーボネートなどからなる表面保護層をさらに備え、裏面側にアクリル樹脂からなる裏面フィルムをさらに備え、周囲にアルミニウムからなるフレームをさらに備えても良い。

また、この発明による太陽電池モジュールは、瓦一体モジュール、スレート瓦一体モジュールまたは採光型のモジュール等の様々な太陽電池モジュールとすることができる。

この発明の実施例１によるインターコネクタについて、図１２〜１６に基づいて説明する。
図１２は、この発明の実施例１によるインターコネクタを示す平面図、図１３は図１２に示されるインターコネクタを用いて互いに隣接する太陽電池セルを電気的に接続した状態を示す説明図、図１４は図１２に示されるインターコネクタの第１接続部の拡大図、図１５は、図１４に示されるインターコネクタの第１接続部が太陽電池セルの受光面電極に接続された状態を示す説明図、図１６は小断面積部のピッチと太陽電池セルの反りとの関係を示すグラフ図である。なお、図１４において、（ａ）は平面、（ｂ）は側面、（ｃ）は正面をそれぞれ示している。

図１２に示されるインターコネクタ４１は、ハンダめっきが施された導電部材（銅線）４３からなり、最大幅Ｗ７（図１４（ｃ）参照）が２ｍｍ、最大厚さＴ１（図１４（ｂ）参照）が０．１６ｍｍである。
図１３に示されるように、導電部材４３は、太陽電池セル４９の受光面電極４９ａに接続される第１接続部４５ａと、太陽電池セル４９の裏面電極４９ｂに接続される第２接続部４５ｂとを有している。
図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、第１接続部４５ａは、複数の小断面積部４７を有し、各小断面積部４７は第１接続部４５ａの両側面４３ａ，４３ｂを幅方向に０.５ｍｍずつ切り欠いてなり、導電部材４３（図１２参照）の長手方向に沿って所定のピッチＰ２で並んでいる。

図１３および図１５に示される太陽電池セル４９は、一辺１５５ｍｍ、厚さ２００μｍの多結晶シリコン基板から構成されている。図１５に示されるように、インターコネクタ４１と太陽電池セル４９は、太陽電池セル４９の受光面電極４９ａ上に第１接続部４５ａが重ねられた状態で、ヒーター加熱を行うことにより接続されている。

図１６は、小断面積部４７のピッチＰ２と太陽電池セル４９の反りとの関係を示すグラフ図である。
図１６に示されるように、小断面積部４７のピッチＰ２が小さくなるほど、太陽電池セル４９の反りが小さくなり、小断面積部４７のピッチＰ２を１０ｍｍとすると、反りが１ｍｍまで低減されることが分かる。
さらにピッチＰ２を小さくすると反りが低減されるが、インターコネクタ４１の直線性を確保する為の引張り加工の際に切れることがあることから、小断面積部４７のピッチＰ２は１０ｍｍが最適である。なお、図７に示される形状の小断面積部でも同様の結果が得られる。

図１７は、この発明の実施例２による太陽電池ストリング５１を示す。
実施例２による太陽電池ストリング５１は、互いに隣接してそれぞれ電極（図示せず）を有する太陽電池セル４９と、隣接する太陽電池セル４９の電極を電気的に接続する実施例１によるインターコネクタ４１とを備える。
実施例１のインターコネクタ４１によって、互いに隣接する太陽電池セル４９を接続することにより、反りの小さい太陽電池ストリング５１が得られる。

図１８は、この発明の実施例３による太陽電池モジュール５２を示す。
実施例３による太陽電池モジュール５２は、実施例２による太陽電池ストリング５１と、太陽電池ストリング５１を封止する封止材５３と、太陽電池ストリング５１から封止材５３を介して外部に延びる一対の外部端子５５，５６とを備える。
受光面側にはガラスで形成された表面保護層５７が設けられ、裏面側にはアクリル樹脂で形成された裏面フィルム５９が設けられ、周囲はアルミニウムで形成されたフレーム６１で囲われている。

実施例３による太陽電池モジュール５２は、実施例２による反りの小さい太陽電池ストリング５１を用いているため、封止材５３による封止工程で太陽電池セル４９のセル割れが減少する。

この発明によるインターコネクタによって接続された太陽電池セルを示す説明図である。 図１に示されるインターコネクタの接続部の拡大図である。 図２に示されるインターコネクタを太陽電池セルの電極に熱を加えて接合する様子を示す説明図である。 熱を加えて接合したインターコネクタが室温まで冷却され、太陽電池セルに反りが発生した状態を示す説明図である。 インターコネクタの小断面積部が延伸して太陽電池セルの反りが低減された状態を示す説明図である。 導電部材の横断面が方形である場合の小断面積部の形状の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 導電部材の横断面が方形である場合の小断面積部の形状の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 導電部材の横断面が方形である場合の小断面積部の形状の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 導電部材の横断面が円形である場合の小断面積部の形状の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 導電部材の横断面が円形である場合の小断面積部の形状の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 導電部材の横断面が円形である場合の小断面積部の形状の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 この発明の実施例１によるインターコネクタを示す平面図である。 図１２に示されるインターコネクタを用いて互いに隣接する太陽電池セルを電気的に接続した状態を示す説明図である。 図１２に示されるインターコネクタの第１接続部の拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 図１４に示されるインターコネクタの第１接続部が太陽電池セルの受光面電極に接続された状態を示す説明図である。 小断面積部のピッチと太陽電池セルの反りとの関係を示すグラフ図である。 この発明の実施例２による太陽電池ストリングを示す説明図である。 この発明の実施例３による太陽電池モジュールを示す説明図である。

符号の説明

１、４１ インターコネクタ
３、４３ 導電部材
３ａ、３ｂ 側面
３ｃ 表面
３ｅ 外周面
５ 接続部
４５ａ 第１接続部
４５ｂ 第２接続部
７、４７ 小断面積部
９、４９ 太陽電池セル
４９a 受光面電極
４９ｂ 裏面電極
５１ 太陽電池ストリング
５２ 太陽電池モジュール
５３ 封止材
５５、５６ 外部端子
５７ 表面保護層
５９ 裏面フィルム
６１ フレーム

Claims (11)

1. 隣接する太陽電池セルの電極を電気的に接続するための細長い導電部材を備え、導電部材はその両端が太陽電池セルの電極に接続される接続部であり、接続部の少なくとも１つは断面積が局部的に縮小された複数の小断面積部を有するインターコネクタ。
2. 接続部は断面が方形であって、各小断面積部は接続部の対向する２側面をそれぞれ切り欠いて形成される請求項１に記載のインターコネクタ。
3. 接続部は断面が方形であって、各小断面積部は接続部の対向する２側面のうち一つの側面を切り欠いて形成される請求項１に記載のインターコネクタ。
4. 接続部の一方の側面を切り欠いて形成された小断面積部と、他方の側面を切り欠いて形成された小断面積部とが導電部材の長手方向に沿って交互に並ぶように配置される請求項２に記載のインターコネクタ。
5. 接続部は断面が円形であって、各小断面積部は接続部の外周面を半径方向に切り欠いて形成される請求項１に記載のインターコネクタ。
6. 導電部材がハンダめっきされた銅からなる請求項１〜５のいずれか１つに記載のインターコネクタ。
7. 互いに隣接してそれぞれ電極を有する太陽電池セルと、隣接する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とを備え、インターコネクタは請求項１〜６のいずれか１つに記載のインターコネクタである太陽電池ストリング。
8. 各太陽電池セルは方形であって、各辺が１５５ｍｍ以上である請求項７に記載の太陽電池ストリング。
9. 各太陽電池セルは厚さが３００μｍ以下である請求項７又は８に記載の太陽電池ストリング。
10. 請求項７〜９のいずれか１つに記載の太陽電池セルストリングを製造するための方法であって、太陽電池セルの電極とインターコネクタの接続部とを、ヒーター加熱、ランプ加熱、及びリフロー方式のいずれか１つによって接続する工程を備える太陽電池ストリングの製造方法。
11. 太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングを封止する封止材と、太陽電池ストリングから封止材を介して外部に延びる一対の外部端子とを備え、太陽電池ストリングは請求項７〜９のいずれか１つに記載の太陽電池ストリングである太陽電池モジュール。

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