JP2005167158A

JP2005167158A - 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール

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Publication number: JP2005167158A
Application number: JP2003407880A
Authority: JP
Inventors: Koji Funakoshi; 康志舩越
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP4059842B2

Abstract

【課題】モジュール化された際の直列抵抗が低減される太陽電池セルを提供すること。
【解決手段】太陽電池セルは、光電変換層と、光電変換層の表面に形成された受光面電極と、光電変換層の裏面に形成された裏面電極と、裏面電極に接合されたインターコネクタと、裏面電極をインターコネクタの上から覆う導電性シートとを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに関し、詳しくは、モジュール化された際に直列抵抗の低減に寄与する太陽電池セルの構造に関する。

この発明に関連する従来技術としては、複数の太陽電池セルを直列、並列あるいは直並列に接続した太陽電池マトリックスを透明樹脂またはシートに封じてなる太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルにアクリル樹脂板のような保護板を貼り付け、太陽電池モジュール組立工程中に生ずる各セルの割れを防止したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６１−１０８１７８号公報

一般に太陽電池モジュールの分野では、各太陽電池セルの受光面電極および裏面電極や、隣接する太陽電池セルを接続するインターコネクタに低抵抗材料を用いることにより、直列抵抗を低く抑える試みがなされている。

最も単純な方法としては、インターコネクタの断面積を大きくすることにより、直列抵抗の低減を図る方法が挙げられる。
しかしながら、インターコネクタの断面積を大きくした場合、シャドーロスが大きくなり太陽電池セルの光電変換特性に悪影響を及ぼしかねない。
また、太陽電池セルに接続したときの応力が大きくなりセルの反りや割れにも繋がりかねない。
さらには、インターコネクタを受光面電極や裏面電極に接続する際の作業性も悪化しかねない。

インターコネクタの幅や厚みは、これらの様々な要素の兼ね合いにより決定されるため、現実的には、単にインターコネクタの断面積を大きくすることにより直列抵抗の低減を図ることは難しい状況にある。
また、近年の太陽電池セルは生産効率などの観点から、大面積化がすすみ、それに伴って太陽電池セルおよび太陽電池モジュールから発生する電流値も増大している。
このため、モジュール化された際の直列抵抗による電力損失は相対的に大きくなっている状況にある。

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、モジュール化された際の直列抵抗が低減される太陽電池セルを提供するものである。

この発明は、光電変換層と、光電変換層の表面に形成された受光面電極と、光電変換層の裏面に形成された裏面電極と、裏面電極に接合されたインターコネクタと、裏面電極をインターコネクタの上から覆う導電性シートとを備える太陽電池セルを提供するものである。

この発明によれば、裏面電極がインターコネクタの上から導電性シートにより覆われるので、裏面電極とインターコネクタの厚さを増大させたのと同様の効果が得られ、モジュール化された際の直列抵抗が低減される。
また、導電性シートは、柔軟で屈曲性に富むため作業性が良く、さらには、太陽電池セルに与える応力も最小限で済み、太陽電池セルの反りや割れに繋がることもない。

この発明による太陽電池セルは、光電変換層と、光電変換層の表面に形成された受光面電極と、光電変換層の裏面に形成された裏面電極と、裏面電極に接合されたインターコネクタと、裏面電極をインターコネクタの上から覆う導電性シートとを備えることを特徴とする。

この発明による太陽電池セルにおいて、光電変換層としては、例えば、厚さが２００〜４００μｍ程度のｐ型またはｎ型シリコン基板に、ｎ型またはｐ型の不純物が拡散されてｐｎ接合層が形成されたものを用いることができる。

また、受光面電極としては、例えば、光電変換層の表面に銀粉末やアルミニウム粉末などの金属粉末を含む金属ペーストをスクリーン印刷法などの方法により櫛型に印刷し、焼成して形成されたものを用いることができる。

また、裏面電極としては、例えば、光電変換層の裏面のほぼ全面に銀粉末やアルミニウム粉末などの金属粉末を含む金属ペーストをスクリーン印刷法などの方法により印刷し、焼成して形成されたものを用いることができる。

また、インターコネクタとしては、例えば、銅やアルミニウムなどの導電性金属からなる細長い薄板状のものを用いることができる。

また、この発明による太陽電池セルにおいて、導電性シートは、金属箔からなっていてもよい。
この場合、金属箔は銅箔、銀箔およびアルミニウム箔のいずれか１つからなっていてもよい。また、その厚さは１０〜５０μｍであってもよい。

また、この発明による太陽電池セルにおいて、導電性シートは、はんだ、導電性ペーストおよび粘着テープのいずれか１つによりインターコネクタに部分的に固定されてもよい。

また、この発明による太陽電池セルにおいて、導電性シートは、はんだ、導電性ペーストおよび粘着テープのいずれか１つにより裏面電極に部分的に固定されてもよい。

また、この発明による太陽電池セルにおいて、光電変換層の裏面はその外縁と裏面電極の外縁との間に区画された露出部を有し、導電性シートは粘着テープによって前記露出部に部分的に固定されてもよい。

これらの構成によれば、導電性シートによって裏面電極を覆う際に、導電性シートをインターコネクタ、裏面電極または光電変換層の裏面の露出部に部分的に固定するのみで済むため、導電性シートの全面を太陽電池セルに対して固定する場合と比較して作業性が非常に良好なものとなる。なお固定箇所は少なくとも１箇所あればよく、望ましくは２箇所以上である。

なお、部分的に固定された状態は、いわば仮止めされた状態であり、仮にこのままの状態で使用されれば、導電性シートのうち太陽電池セルに対して固定されていない部分がめくれ上がる恐れもある。
しかし、太陽電池セルは、実際には単体で使用されることは稀で、太陽電池セルの完成後、モジュール化工程に移され、透光性の封入部材に封入されるのが一般的である。
部分的に固定された状態であっても、一旦、封入部材に封入されてしまえば、導電性シートが裏面電極からめくれ上がる恐れは皆無である。
別の見方をすれば、導電性シートの全面を太陽電池セルの裏面に固定（接合）することは、後でモジュール化される場合には非常に無駄な作業であるとも言える。

上記構成は、導電性シートが後のモジュール化工程までに太陽電池セルの裏面から外れなければそれで十分であるという発想の転換の下になされたもので、太陽電池セルに対する導電性シートの固定箇所を必要最小限に留めることにより、非常に簡便で良好な作業性を達成しつつ、モジュール化された際の直列抵抗の低減を図るものである。

また、この発明による太陽電池セルにおいて、導電性シートは光電変換層の裏面とほぼ同一の寸法を有していてもよい。
導電性シートの寸法は、直列抵抗を下げるという観点から、なるべく大きい方がよいが、太陽電池セルの寸法よりも大きくなると、太陽電池セルからはみ出した部分が受光面側と接触してリークが起きたり、意匠上もよくないので太陽電池セルと同形状、同面積以上とはしない。

また、この発明による太陽電池セルにおいて、導電性シートは切り込み部および開口部のいずれか１つを有していてもよい。
このような構成によれば、後のモジュール化工程において、導電性シートに形成された切り込み部または開口部が空気抜きの役割を果すようになる。
このため、裏面電極およびインターコネクタと導電性シートとの間に気泡が入ったまま封入部材に封入されることが防止され、裏面電極およびインターコネクタと導電性シートとの密着性が向上する。

また、この発明は別の観点からみると、平面状に並べられ互いに電気的に接続された複数の太陽電池セルと、これらの太陽電池セルを封入する透光性の封入部材とを備え、各太陽電池セルは上述のこの発明による太陽電池セルである太陽電池モジュールを提供するものでもある。

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。

太陽電池セル
この発明の実施例１による太陽電池セルについて図１および図２に基づいて説明する。図１は実施例１による太陽電池セルの側面図、図２は図１に示される太陽電池セルの底面図である。

図１および図２に示されるように、実施例１による太陽電池セル１０は、光電変換層１１と、光電変換層１１の表面に形成された受光面電極１２と、光電変換層１２の裏面に形成された裏面電極１３と、裏面電極１３に接合されたインターコネクタ１４と、裏面電極１３をインターコネクタ１４の上から覆う銅箔（導電性シート）１５とを備えている。
なお、裏面電極１３は、光電変換層１１の裏面側のほぼ全面に形成された裏面アルミ電極１３ａと、裏面アルミ電極１３ａの開口部に形成された裏面銀電極１３ｂとから構成され、インターコネクタ１４は裏面銀電極１３ｂに接続されている。また、光電変換層１１の表面には反射防止膜１８が形成されている。

銅箔１５は厚さが１７μｍで、はんだ１６によりインターコネクタ１４に部分的に固定される。また、銅箔１５は、後のモジュール化工程で裏面アルミ電極１３ａおよびインターコネクタ１４に対する密着性を高めるための十字状の切り込み部１７を有している。
なお、図示しないが、はんだの代わりに導電性ペーストや両面テープが用いられてもよい。また、切り込み部の代わりに開口部が形成されてもよい。

太陽電池セルの製造
上述の実施例１による太陽電池セルの製造方法について図３に基づいて説明する。
まず、図３（ａ）に示されるように、厚さ２００〜４００μｍ程度のｐ型の半導体基板にｎ型の不純物を拡散させて光電変換層１１を形成する。
次に、図３（ｂ）に示されるように、SiNxやSiOxなどからなる反射防止膜１８を形成する。

次に、図３（ｃ）に示されるように、光電変換層１１の裏面側のほぼ全面にアルミニウム粉末を含む金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、焼成して裏面アルミ電極１３aを形成する。さらに、銀粉末を含む金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、光電変換層１１の裏面側にインターコネクタ１４接続用の裏面銀電極１３ｂを、受光面側に櫛型電極１２を焼成して形成する。
次に、図３（ｄ）に示されるように、裏面銀電極１３ｂにインターコネクタ１４をはんだ付けする。

次に、図３（ｅ）に示されるように、裏面アルミ電極１３ａおよびインターコネクタ１４上に銅箔１５を重ね、重ねられた銅箔１５をインターコネクタ１４に部分的に固定し、図１および図２に示される太陽電池セル１０を完成させる。
なお、図２に示されるように、インターコネクタ１４に対する銅箔１５の固定は、インターコネクタ１４と接する２箇所に予めはんだを付着させておいた銅箔１５を、裏面アルミ電極１３ａおよびインターコネクタ１４上に重ね、前記はんだ付着箇所を加熱してインターコネクタ１４に部分的にはんだ付けすることにより行われる。はんだ付けを行う箇所は、図２に示されるようにインターコネクタ１４の一部で十分である。

太陽電池モジュールの製造
実施例１による太陽電池セルを用いる太陽電池モジュールの製造方法について図４に基づいて説明する。
まず、図４（ａ）に示されるように、上述の太陽電池セル作製工程を経て作製された太陽電池セル１０を互いに隣接するように並べ、隣接する太陽電池セル１０のうち一方のインターコネクタ１４を他方の受光面電極１２にはんだ付けして直列接続し、太陽電池ストリング２６を作製する。

なお、上記工程ではインターコネクタ１４が接続された太陽電池セル１０以外に、インターコネクタ１４の代わりに電力取り出し用の外部端子２１が接続された太陽電池セル１０ａも併せて用いる。
外部端子２１が接続された太陽電池セル１０ａは、太陽電池ストリング２６の一端に配置される。
太陽電池ストリング２６の一端に配置された太陽電池セル１０ａは、他の太陽電池セル１０と同様に銅箔１５を備え、この銅箔１５は裏面アルミ電極１３ａを外部端子２１の上から覆っている。

次に、図４（ｂ）に示されるように、太陽電池ストリング２６の他端に位置する太陽電池セル１０の受光面電極１２に外部端子２１をはんだ付けする。

次に、図４（ｃ）に示されるように、太陽電池ストリング２６をＥＶＡからなる透光性の封入部材２２により封入する。このとき受光面側にガラス板２３を、裏面側に耐候性裏面フィルム２４を同時に取り付ける。
ＥＶＡにより封入する際、銅箔１５に形成されていた切り込み部１７（図２参照）が気泡抜きの役割を果すため、銅箔１５と裏面アルミ電極１３ａおよびインターコネクタ１４との間に気泡が残ることはなく、銅箔１５は裏面アルミ電極１３ａおよびインターコネクタ１４に密着した状態で封入部材２２により封入される。
その後、図４（ｄ）に示されるように、周囲にアルミニウムからなる枠材２５を取り付けて太陽電池モジュール２０を完成させる。

比較例
実施例１に対する比較例としての太陽電池セルについて図１０および図１１に基づいて説明する。
図１０および図１１に示されるように、比較例による太陽電池セル５０は、裏面アルミ電極５３ａを覆う銅箔を備えない点のみが実施例１と異なり、その他の構成は実施例１による太陽電池セル１０（図１および図２参照）と同じである。

実施例１と比較例の比較
実施例１による太陽電池セル１０（図１および図２参照）と比較例による太陽電池セル５０（図１０および図１１参照）とを比較するために、実施例１と比較例の太陽電池セル１０，５０から１セルモジュール（図示せず）をそれぞれ作製し、セル状態からモジュール状態への特性変化を比較する。
なお、１セルモジュールとは、１枚の太陽電池セルから構成されるモジュールのことで、太陽電池セルが１枚である点を除いて図４（ｄ）に示される太陽電池モジュール２０と同様の構成を有している。

まず、実施例１と比較例による太陽電池セル１０，５０の諸特性をそれぞれ測定するが、モジュール状態とされた際の銅箔１５の効果を明らかにするために、実施例１の太陽電池セル１０については、銅箔１５を取り付ける前に諸特性を測定する。なお、測定は実施例１および比較例ともに９枚の太陽電池セル１０，５０に対して行い、測定した各項目について平均値を算出する。

セル状態の諸特性を測定した後、実施例１の太陽電池セル１０には裏面電極１３を覆う銅箔１５が取り付けられ、９台の１セルモジュールとされる。一方、比較例の太陽電池セル５０は諸特性を測定した後、そのまま９台の１セルモジュールとされる。
実施例１および比較例ともに、１セルモジュールとされた後、セル状態で測定したのと同様の項目についてそれぞれ測定し、測定した各項目について９台の平均値を算出する。その後、各測定項目ついてセル状態での測定値に対する変化率（モジュール状態／セル状態）を算出する。結果を以下の表１に示す。

なお、表１において、Ｉｓｃは短絡電流、Ｖｏｃは開放電圧、Ｆ．Ｆは曲線因子、Ｐｍは最大電力である。
表１に示されるように、モジュール状態のＩｓｃについては、実施例１および比較例ともにセル状態に対して１割り近く増大している。これは、モジュールの裏面フィルムに高反射の白色バックフィルムを使用したことと、１セルモジュールとしたことから、白色バックフィルムの露出面積がセル面積に対して大きくなったことにより見かけ上の照度が高い状態になったためである。
また、Ｆ．Ｆはモジュール状態とすることにより大きく低下しているが、これは外部端子が接続されたことによる直列抵抗増化等の影響である。

次に、比較例による１セルモジュール変化率に対する実施例１による１セルモジュール変化率の各測定項目の変化率（実施例１モジュール変化率／比較例モジュール変化率）を以下の表２に示す。なお、変化率は、比較例による１セルモジュールの各項目の測定値を１として算出している。

表２に示されるように、ＩｓｃおよびＶｏｃについては、実施例１、比較例ともにセル状態からモジュール状態への特性変化率に違いは見られない。
しかしながら、実施例１のように裏面電極を銅箔で覆うことにより、モジュール状態での直列抵抗が低減され、銅箔を使用していない比較例に対してＦ．ＦとＰｍがそれぞれ１．２％向上している。

この発明の実施例２による太陽電池セルについて図５および図６に基づいて説明する。図５は実施例２による太陽電池セルの側面図、図６は図５に示される太陽電池セルの底面図である。
図５および図６に示されるように、実施例２による太陽電池セル３０は、実施例１による太陽電池セル１０（図１および図２参照）のように、銅箔１５をインターコネクタ１４に部分的にはんだ付けするのではなく、銅箔３５を裏面アルミ電極３３ａの外縁と光電変換層３１の裏面の露出部３１ａに粘着テープ３６で部分的に固定している点が実施例１と異なっている。その他の構成は実施例１による太陽電池セル１０と同じである。

実施例１と実施例２の比較
実施例１による太陽電池セル１０を用いて作製された１セルモジュール（図示せず）に対する比較のために、実施例２による太陽電池セル３０についても、銅箔３５を取り付ける前に、Ｉｓｃ、Ｖｏｃ、Ｆ．ＦおよびＰｍの各特性について測定する。
その後、銅箔３５を取り付けて１セルモジュール（図示せず）を作製し、セル状態で測定したのと同様の項目について測定し、セル状態に対する変化率を算出する。

図７は、実施例２による１セルモジュールの変化率を、実施例１による上述の９台の１セルモジュールの変化率範囲と比較したグラフ図である。
図７に示されるように、実施例２による１セルモジュールのＩｓｃ変化率（Ａ１）、Ｖｏｃ変化率（Ａ２）、Ｆ．Ｆ変化率（Ａ３）およびＰｍ変化率（Ａ４）は、実施例１による９台の１セルモジュールのＩｓｃ変化率範囲（Ｂ１）、Ｖｏｃ変化率範囲（Ｂ２）、Ｆ．Ｆ変化率範囲（Ｂ３）およびＰｍ変化率範囲（Ｂ４）にそれぞれ収まっている。このことから、銅箔１５，３５の固定手段や固定位置がセル状態からモジュール状態への変化率に影響を及ぼさないことが分かる。
換言すれば、実施例２のように、銅箔３５を粘着テープ３６で光電変換層３１の裏面の一部に簡便に固定しておくだけでも、実施例１と同様に直列抵抗を低減する効果が得られる。

この発明の実施例３による太陽電池セルについて図８および図９に基づいて説明する。図８は実施例３による太陽電池セルの側面図、図９は図８に示される太陽電池セルの底面図である。
図８および図９に示されるように、実施例３による太陽電池セル４０は、実施例１による太陽電池セル１０（図１および図２参照）のように、銅箔１５をインターコネクタ１４に部分的にはんだ付けするのではなく、銅箔４５を裏面アルミ電極４３ａに部分的に導電性ペースト４６で固定している点が実施例１と異なっている。その他の構成は実施例１による太陽電池セルと同じである。
なお、図示しないが、導電性ペースト４６の代わりに両面テープが用いられてもよい。

この発明の実施例１による太陽電池セルの側面図である。図１に示される太陽電池セルの底面図である。実施例１による太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。実施例１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。この発明の実施例２による太陽電池セルの側面図である。図５に示される太陽電池セルの底面図である。実施例１による太陽電池セルと実施例２による太陽電池セルのセル状態からモジュール状態への特性変化率を比較するグラフ図である。この発明の実施例３による太陽電池セルの側面図である。図８に示される太陽電池セルの底面図である。比較例による太陽電池セルの側面図である。図１０に示される太陽電池セルの底面図である。

符号の説明

１０，１０ａ，３０，４０，５０・・・太陽電池セル
１１，３１・・・光電変換層
１２・・・受光面電極
１３・・・裏面電極
１３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａ・・・裏面アルミ電極
１３ｂ・・・裏面銀電極
１４・・・インターコネクタ
１５，３５，４５・・・銅箔
１６・・・はんだ
１７・・・切り込み部
１８・・・反射防止膜
２０・・・太陽電池モジュール
２２・・・封入部材
２３・・・ガラス板
２４・・・裏面フィルム
２５・・・枠材
２６・・・太陽電池ストリング
３１ａ・・・露出部
３６・・・粘着テープ
４６・・・導電性ペースト

Claims

光電変換層と、光電変換層の表面に形成された受光面電極と、光電変換層の裏面に形成された裏面電極と、裏面電極に接合されたインターコネクタと、裏面電極をインターコネクタの上から覆う導電性シートとを備える太陽電池セル。
導電性シートは、はんだ、導電性ペーストおよび粘着テープのいずれか１つによりインターコネクタに部分的に固定される請求項１に記載の太陽電池セル。
導電性シートは、はんだ、導電性ペーストおよび粘着テープのいずれか１つにより裏面電極に部分的に固定される請求項１に記載の太陽電池セル。
光電変換層の裏面はその外縁と裏面電極の外縁との間に区画された露出部を有し、導電性シートは粘着テープによって前記露出部に部分的に固定される請求項１に記載の太陽電池セル。
導電性シートは切り込み部および開口部のいずれか１つを有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
導電性シートは金属箔からなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
金属箔は銅箔、銀箔およびアルミニウム箔のいずれか１つからなる請求項６に記載の太陽電池セル。
平面状に並べられ互いに電気的に接続された複数の太陽電池セルと、これらの太陽電池セルを封入する透光性の封入部材とを備え、各太陽電池セルは請求項１〜７のいずれか１つに記載の太陽電池セルである太陽電池モジュール。