JP2006278710A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続タブの接続に起因するクラックが一切発生しない太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】
透光性受光面側部材２１と裏面部材２５の間に、受光面側及び裏面側にそれぞれ電極部２、３を有して、且つ該電極部２、３に帯状の接続タブ７を介して互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子１を配置した太陽電池モジュールである。前記電極部２、３は断続した凸構造を有するとともに、前記接続タブ７が前記電極部２、３の凸構造上に載置して前記電極部２、３と接続している。
【選択図】図３

Description

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及びその太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

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。このため透光性基板と裏面シートの間に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封止材で挟持した太陽電池素子を配置し、これらを減圧下で加熱加圧することによるラミネートで一体化して太陽電池モジュールを作製することが通常行われている。

また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為、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。

図６は従来の接続された２つの太陽電池素子の受光面側を示す図である。図６において、３１、３２は太陽電池素子、３３、３４は受光面側バスバー電極、３５、３６は接続タブ、３７はフィンガー電極を示す。

太陽電池素子３１、３２は、単結晶シリコンや多結晶シリコンで造られており、太陽電池素子３１、３２に設けられる電極は、銀ペーストなどをスクリーンプリント法などにより形成され、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り共晶ハンダ等でハンダコートされる。

フィンガー電極３７は光生成キャリアを収集するために太陽電池素子３１、３２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３３、３４は、収集されたキャリアを集電するためフィンガー電極３７と垂直に交わるように２〜３本形成され、接続タブ３５、３６を取り付けるために幅２mm程度に形成される。接続タブ３５、３６は、幅１〜３ｍｍ程度、長さは２５０〜３００ｍｍ程度で、銅で作られており全面にわたり共晶ハンダ等でコートされている。また太陽電池素子の裏面側にも同様のバスバー電極とフィンガー電極が備えられている。

太陽電池素子３１、３２同士を直列接続する時は、太陽電池素子の受光面側バスバー電極３３、３４に取り付けた接続タブ３５、３６を隣り合う太陽電池素子３２の裏面のバスバー電極（不図示）に接続することにより行う。この接続タブ３５、３６の接続はバスバー電極３３、３４の受光面にコートされたハンダと接続タブ３５、３６の受光面にコートされたハンダを加熱し溶融させることにより行う。
特開平１１−３１２８２０号公報 特開２００４−２８１７９７号公報

上述のように接続タブ３５、３６と太陽電池素子３１、３２の電極表面は、ほぼ全面にわたってハンダコートされており、これらの接続タブ３５、３６と太陽電池素子３１、３２の電極表面のハンダは、そのハンダの融点以上の高い温度で溶かされ、そのハンダが固化した時点で太陽電池素子３１、３２と接続タブ３５、３６は所定の位置に固定される。

しかし、近年太陽電池素子が薄型化してきており、ハンダが固化する温度と室温との温度差によって生ずる太陽電池素子３１、３２と接続タブ３５、３６の熱膨張差のズレが原因で応力が発生し、太陽電池素子３１、３２にクラックが発生し不良の発生の原因になる。また、不良にならない場合でも太陽電池素子内の電子、正孔の移動がクラックで阻まれ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。

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にクラックが発生することを防止し、これにより太陽電池素子破壊や太陽電池モジュールの出力低下を防ぎ、高性能な太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することである。

上記目的達成のために、本発明に係る太陽電池モジュールでは、 透光性受光面側部材と裏面部材の間に、受光面側及び裏面側にそれぞれ電極部を有して、且つ該電極部に帯状の接続タブを介して互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子を配置した太陽電池モジュールにおいて、前記電極部は断続した凸構造を有するとともに、前記接続タブが前記電極部の凸構造上に載置して前記電極部と接続していることを特徴とする。

また、前記接続タブは、その全面に突起が形成されていることを特徴とする。
また、前記接続タブの突起の高さは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする。

さらに、前記太陽電池素子の断続状の凸構造の電極部の高さが、１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする。

さらに、透光性受光面側部材と裏面部材の間に、受光面側及び裏面側にそれぞれ電極部を有して、且つ該電極部に帯状の接続タブを介して互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子を配置した太陽電池モジュールの製造方法において、
（１）透光性受光面側部材上に受光面側封止材を配する工程
（２）接続タブを前記受光面側封止材の所定の位置に配置して、次いで前記太陽電池素子の受光面側の断続状の凸構造の電極部が前記接続タブ上に配置するとともに、別の接続タブを前記太陽電池素子の裏面側の電極部上に配置する工程
（３）上記太陽電池素子の上に裏面側封止材を配する工程
（４）上記裏面側封止材の上に裏面シートを配する工程
上記（１）〜（４）の各工程を経た後、減圧下にて加熱加圧して一体化した。

請求項１に係る太陽電池モジュールによれば、透光性基板と裏面シートの間に接続タブにより電気的に接続した複数の太陽電池素子を封止材により封止した太陽電池モジュールであって、前記接続タブと接触する太陽電池素子の受光面と裏面の電極が断続状の凸構造であり、かつ前記接続タブを前記断続状の凸構造の電極上に載置のみしたことにより、接続タブと太陽電池素子を接続する際に機械的に太陽電池素子の凸構造に接続タブが押し込まれ、また凸部間の凹部に接続タブが入り込む構造となる接続構造をとるようになり、接続タブを太陽電池素子の電極へハンダ付けすることが不要となる。このため従来の太陽電池素子と接続タブの接続のように、ハンダ付け時の高温を必要としないことで太陽電池素子と接続タブの熱膨張差のズレが原因で応力が発生せず、これに起因する太陽電池素子のクラックの発生が無くなる。

請求項２に係る接続タブは、その全面に突起が形成されていることにより、この突起が太陽電池素子の凸状構造の電極部間に噛み込む構造体となり、より強固な接合が達成できる。

請求項３に係る前記接続タブの前記突起の高さが５０μｍ以上５００μｍ以下であることで、突起が太陽電池素子の凸状構造の電極部に十分に噛み込む構造となる効果をより確実なものとすることができる。また、ラミネート後のモジュール厚みが波打つ形状にもならない。

請求項４に係る前記接続タブと接触する太陽電池素子の受光面と裏面の電極の凸部高さが、１０μｍ以上５００μｍ以下であることで接続タブが太陽電池素子の凸構造に十分に押し込まれる接続構造をとることができる。また、ラミネート後のモジュール厚みの違いによる波打つ形状にもならない。

請求項５に係る太陽電池モジュールの製造方法では、ラミネート時の温度と圧力で封止材が軟化しさらに硬化する事で太陽電池素子と接続タブを機械的に接続する為、接続タブを太陽電池素子の電極へハンダ付けすることが不要となり、その工数削減やハンダ付け時の太陽電池素子と接続タブの熱膨張の影響が無く、太陽電池素子にクラックが発生することを防止することができる。

これにより、太陽電池素子にクラックが発生することを防止し、これにより太陽電池素子破壊や太陽電池モジュールの出力低下を防ぎ、高性能な太陽電池モジュールおよびその製造方法となる。

以下、本発明の太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を添付図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る太陽電池素子の受光面側平面図である。図２は本発明に係る太陽電池素子の裏面側平面図である。

図１、図２において、１は太陽電池素子、２は受光面側の断続状の凸構造の電極部（バスバー電極）、３は裏面側の断続状の凸構造の電極部（バスバー電極）、４は受光面側のフィンガー電極、５は裏面側のフィンガー電極、６は断続状の凸構造のバスバー電極間を示す。

本発明に係る太陽電池素子１は、例えば単結晶シリコンや多結晶シリコンで造られており、その内部にはボロンなどのＰ型不純物の多いＰ型と、リンなどのＮ型不純物が多いＮ型が接しているＰＮ接合（不図示）が形成されている。さらにその両面に設けられる断続状の凸構造の電極２、３及びフィンガー電極４、５は、銀ペーストなどの導電ペーストをスクリーンプリント法などにより形成されている。

また断続状の凸構造のバスバー電極２、３は、フィンガー電極４、５からのキャリアを拾い集めて接続タブに伝える働きをしており、その幅は、接続タブがずれても接続が確実となるように、接続タブと同等かまた１ｍｍ程度広くする。

さらに断続状の凸構造のバスバー電極２、３の長さは、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が適当である。２ｍｍ未満だと接続タブとの電気的接触が不十分になることがあり、１０ｍｍを超えると接続タブ７を押さえ込んだ時の接続タブ７とバスバー電極２、３との当たりにムラができ、接続タブ７の電極浮きが発生することがあるためである。

また断続状の凸構造のバスバー電極２、２（３、３）間の間隔（凹形状）６の寸法は、１ｍｍ以上、８ｍｍ以下が適当である。１ｍｍ未満だとペーストの液だれで凹形状６が出来難く、８ｍｍを超えるとフィンガー電極４、５のピッチが広がりすぎ、太陽電池素子１の出力が低下してしまうことがあるためである。

フィンガー電極４、５は太陽電池素子の受光面側のキャリアを集める働きをする。一例では幅１５０μｍ程度、ピッチ３〜６ｍｍ程度、厚み１０μｍ程度で作られる。

このような断続状の凸構造のバスバー電極２、３の寸法や断続状の凸構造のバスバー電極間の凹形状６、フィンガー電極４、５の本数や太さ等は、太陽電池素子１の大きさや発生電流などの電気特性を考慮して、最適に決定すれば良い。

さらに本発明に係わる受光面側のバスバー電極２および裏面側のバスバー電極３の凸部の高さが１０μｍ以上５００μｍ以下であることが望ましい。

受光面側のバスバー電極２および裏面側のバスバー電極３の凸部高さが、１０μｍ未満だと高さが低いため、接続タブ７と太陽電池素子１を接続する際に機械的に接続タブ７が押し込まれる量が小さいため、強固な接続構造が達成できない。また、この凸部高さが５００μｍを越すとＥＶＡ等の封止材の厚みが１ｍｍ程度の為ラミネート後に封止材による厚みの均一化ができにくい。厚みが均一でないと長期仕様で起こる応力で破損等の不具合が発生する。このような凸部の高さのバスバー電極２、３は、スクリーンプリント時に使用するスクリーンの厚みを制御することにより作製可能である。

図３は本発明に係る受光面側、裏面側の接続タブの接続構造を示した断面図である。

図３において、１は太陽電池素子、２は該太陽電池素子受光面側の断続状の凸構造のバスバー電極、３は該太陽電池素子裏面側の断続状の凸構造のバスバー電極、７は本発明に係る接続タブを示す。

また本発明に係る接続タブ７は、一例では幅１．０〜２．５ｍｍ程度で、厚さ１００〜３００μｍ程度の銅箔等の良導電性金属箔で作製される。その長さは受光面側のバスバー電極２の全てに重なり、さらに所定の太陽電池素子１間の間隔と裏面バスバー電極３に全てに重なるようにする。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、その長さは３００から３３０ｍｍ程度である。

さらに接続タブ７は、ニッケルめっき等で防錆処理しても良い。しかし本発明に係る接続タブ７は、従来のようにハンダ付けにて接続するものではないため、その表面を今までのようにハンダコートを行う必要は無い。

本発明に係る接続タブ７による太陽電池素子１の受光面側の断続状の凸構造のバスバー電極２及び該太陽電池素子に隣接する太陽電池素子の裏面側の断続状の凸構造のバスバー電極３との電気的接続の特徴は、これらのバスバー電極２、３上に接続タブ７を載置のみしたことである。これによりラミネート時の押圧により機械的に接続タブが太陽電池素子の電極に押し付けられ、接続タブ７がバスバー電極２、３に押し込まれると共に、凸部電極間の凹部６に接続タブ７が入り込む構造となる接続構造をとるようになり、接続タブを太陽電池素子１のバスバー電極２、３へハンダ付けすることが不要となる。

このようにハンダ付けをする必要が無くなることで、ハンダ付け時の高温を必要としなくなり、これに起因する接続タブ７と太陽電池素子１の熱膨張率の差により反りが発生することなく、これによる応力発生で太陽電池素子１にクラックが発生することなどが無くなる。また接続タブ７にハンダコートが不要となりコストダウンが図れると共に、接続タブ７と太陽電池素子のバスバー電極２、３のハンダ付けによる工数が削減し、ハンダ付けの為の装置も必要なくなるという効果がある。

さらに接続タブ７の表裏面全面には、多数の突起が形成されていることが望ましい。この突起は、例えばその底面の一辺が０．１０〜０．５０ｍｍ程度の三角錐状や四角錐状のような形状をしているものである。

このような接続タブ７の表裏面全面に突起を形成することにより、この突起がラミネート時に押圧されることにより太陽電池素子１の受光面側と裏面側の断続状の凸構造のバスバー電極２、３の上部に突き刺さるように噛み込む構造となり、さらに強固な接続構造体が得られる。

さらに本発明に係わる接続タブ７に形成される突起の高さは、５０μｍ以上５００μｍ以下に形成されることが望ましい。このとき突起高さが５０μｍ以下だと突起が太陽電池素子の断続状の凸構造のバスバー電極２、３に噛み込む効果が少なく強度が弱くなってしまい、５００μｍ以上だとＥＶＡ等の封止材の厚みが１ｍｍ程度の為ラミネート後に封止材による厚みの均一化ができにくい。この厚みが均一でないと長期仕様で起こる応力で破損等の不具合が発生する。よって接続タブ７に形成される突起の高さを５０μｍ以上５００μｍ以下にすることにより、接続タブと電極の接合が強固でより信頼性の高い太陽電池モジュールの作製が可能となる。

このような接続タブ７の突起は、互いに逆方向に回転する二つの二つローラーの表面を互いに嵌合する凹凸形に加工面して、この間を銅箔通すことで形成する。その際圧延ローラーの表面の凹凸形を５０μｍ以上５００μｍ以下の突起高さとなるように調整する。最後にこれを所定の寸法にカットし、接続タブ７として使用する。

図４は本発明に係る別の太陽電池素子の受光面側の一例を示すものである。

図４において１０は太陽電池素子、１４はフィンガー電極、１１は下地のバスバー電極、１２は多重塗りバスバー電極の突起である。

すなわち図４に示す太陽電池素子１のバスバー電極は上記スクリーンプリント法の多重塗りによって凹凸構造を形成したものを示したものである。多重塗りの構造は、下地のバスバー電極１１の上に更に多重塗りのバスバー電極の突起１２を断続状に重畳した構造である。多重塗りの構造は銀ペーストを接続タブ７と接触する面と同面積もしくは接続タブ７と接触する面の幅より１ｍｍ程度広めに１回目スクリーンプリントにて一例では１０μｍ〜２０μｍ程度の厚みで印刷する。印刷後７０〜９０℃程度で乾燥したのち更に2回目の銀ペーストを、製版を変更して、先の1回下地のバスバー電極１１となる塗膜上に、断続状に多重塗りのバスバー電極の突起１２となる塗膜を印刷する。印刷後６００℃以上の高温で焼成する。

このように多重塗りのバスバー電極１１、１２とすることによっても上記の効果を奏することができ何ら問題ない。

本発明に係る太陽電池モジュールは以下の様に製造される。

図５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５において２１は透光性基板、２２は受光面側封止材、２４は裏面側封止材、７は接続タブ、１は太陽電池素子、２５は裏面シートである。

透光性基板２１は、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる透明な基板が用いられる。ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用され、集光性を高める為、表または裏面にエンボス加工を行ったものもある。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

太陽電池素子１は、厚み０．２〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などから成り、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角であり、さらに上述のような電極を備えたものである。

封止材２２、２４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。

裏面シート２５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やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のシートなどが用いられる。接続タブ７は、上述のような大きさ、形状等のものである。

太陽電池モジュールの製造方法は、以下の順序で行う。

まず、透光性基板２１の上に受光面側封止材２２を配する、次に、接続タブ７を所定の位置に配置して、次いで太陽電池素子１をそのバスバー電極２がこの接続タブ７に当接する様に配置し、次いで接続タブ７を太陽電池素子１の裏面側のバスバー電極３に当接する様に配置する。

複数の太陽電池素子１を接続タブ７により電気的に接続するストリングスを作る場合は、接続タブ７と太陽電池素子１は予め仮止めされた形状で受光面側封止材上に配置しても良い。仮止め方法は粘着テープで接続タブ７の上から貼り付けて固定する。また、接着剤を接続タブ７と太陽電池素子１の間に塗布し固定もできる。

次に、上記太陽電池素子群の上に裏面側封止材２４を配する。次に、上記裏面側封止材の上に裏面シート２５を配する。

図５の様にこれらの部材を重畳したものを、ラミネーターと呼ばれる装置で５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度に加熱しながら加圧することによりラミネートし、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。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、ハンダを溶かす高温度が必要なく、ラミネート時の低い温度と圧力で封止材が軟化しさらに硬化する事で太陽電池素子１と接続タブ７を機械的に接続する為、温度差による太陽電池素子１と接続タブ７の熱膨張の影響が少なく、太陽電池素子１にクラックが発生することを防止し、これにより太陽電池素子１破壊や太陽電池モジュールの出力低下を防ぎことが可能となる。また接続タブを太陽電池素子の電極へハンダ付けする工程が無くなる為、大幅なコストダウンが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に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。

また、隣接する２つの太陽電池素子を接続する接続タブを２つ接続タブで構成しても構わない。すなわち、一方の太陽電池素子受光面側のバスバー電極２に接続する第１の接続タブと、隣接する太陽電池素子の裏面側のバスバー電極３に接続する第２の接続タブを設け、第１の接続タブと第２の接続タブとの電気的な結合を太陽電池素子の間隔で行う。このようにすれば、ラミネート工程において、透光性基板２１の上に受光面側封止材２２を配し、第１の接続タブ７を所定の位置に配置して、太陽電池素子１をそのバスバー電極２がこの接続タブ７に当接する様に配置し、次に、第２の接続タブ７を太陽電池素子１間に延出する第１の接続タブの一部および隣接する太陽電池素子１の裏面側のバスバー電極３に当接する様に配置し、裏面側封止材２４を配し、裏面シート２５を配置するようにできる。

本発明に係る太陽電池素子の受光面側平面図である。 本発明に係る太陽電池素子の非受光面側平面図である。 本発明に係る太陽電池素子と接続タブの接続構造の断面図である。 本発明に係る別の太陽電池素子の実施例である。 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。 従来の接続された２つの太陽電池素子の受光面側を示す図である。

符号の説明

１、３１、３２；太陽電池素子
２、３３、３４；受光面側のバスバー電極
３；裏面側のバスバー電極
４；受光面側のフィンガー電極
５；裏面側のフィンガー電極
６；凹形状
７、３５、３６；接続タブ
１１；下地のバスバー電極
１２；多重塗りバスバー電極の突起
２１；透光性基板
２２；受光面側封止材
２４；非受光面側封止材
２５；裏面シート

Claims (5)

1. 透光性受光面側部材と裏面部材の間に、受光面側及び裏面側にそれぞれ電極部を有して、且つ該電極部に帯状の接続タブを介して互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子を配置した太陽電池モジュールにおいて、
   前記電極部は断続した凸構造を有するとともに、前記接続タブが前記電極部の凸構造上に載置して前記電極部と接続していることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記接続タブは、その全面に突起が形成されている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。
3. 前記接続タブの突起の高さは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池素子の断続状の凸構造の電極部の高さが、１０μｍ以上５００μｍ以下である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。
5. 透光性受光面側部材と裏面部材の間に、受光面側及び裏面側にそれぞれ電極部を有して、且つ該電極部に帯状の接続タブを介して互いに電気的に接続された複数の太陽電池素子を配置した太陽電池モジュールの製造方法において、
   下記（１）〜（４）の各工程を経た後、減圧下にて加熱加圧して一体化したことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
   （１）透光性受光面側部材上に受光面側封止材を配する工程
   （２）接続タブを前記受光面側封止材の所定の位置に配置して、次いで前記太陽電池素子の受光面側の断続状の凸構造の電極部が前記接続タブ上に配置するとともに、別の接続タブを前記太陽電池素子の裏面側の電極部上に配置する工程
   （３）上記太陽電池素子の上に裏面側封止材を配する工程
   （４）上記裏面側封止材の上に裏面シートを配する工程

Images