JP2007019334A - Solar cell device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、受光面側に電極がなく、貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成された太陽電池セルを利用した太陽電池装置に関するものである。 The present invention relates to a solar battery device using a solar battery cell in which no electrode is provided on the light receiving surface side and all the positive and negative electrodes are formed on the back surface side by through holes.
従来の太陽電池装置では、太陽電池セルと電子部品を伴うプリント基板とを組み立てる際のリード配線性の改善や、機器全体をよりコンパクトにするために、ガラス基板を伴うアモルファス太陽電池セルおよびシリコン系太陽電池セルなどの一般的な太陽電池セルの裏面側にプリント基板を接合している(たとえば、特許文献1,2参照)。
In conventional solar cell devices, amorphous solar cells and silicon-based glass substrates are used in order to improve lead wiring properties when assembling solar cells and printed circuit boards with electronic components, and to make the entire device more compact. A printed circuit board is bonded to the back side of a general solar battery cell such as a solar battery cell (see, for example,
しかしながら、従来の太陽電池装置では、現在住宅用および業務用などで主流となっているサブストレート方式の太陽光発電パネルを構成するために複数の太陽電池セルを直列化する際のリード配線性、および太陽光発電パネルで特有な温度サイクル負荷によるリード線の断線対策を考慮していないという問題点があった。 However, in the conventional solar cell device, lead wiring properties when serializing a plurality of solar cells in order to constitute a substrate type solar power generation panel which is currently mainstream for residential use and commercial use, In addition, there is a problem that measures for disconnection of lead wires due to a temperature cycle load peculiar to solar power generation panels are not taken into consideration.
また、受光面積を最大限確保するために、受光面側に電極がなく、受光面と裏面を貫く貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成され、かつ貫通孔の存在により比較的強度の弱い特殊な太陽電池セルが提案されている(たとえば、特許文献3参照)が、このような太陽電池セルに対しては、太陽電池装置を組み立てる際の破損対策が不十分であるという問題点もあった。 In addition, in order to secure the maximum light receiving area, there is no electrode on the light receiving surface side, all the positive and negative electrodes are formed on the back surface side through through holes that penetrate the light receiving surface and the back surface, and the presence of through holes is compared. A special solar cell with low mechanical strength has been proposed (for example, see Patent Document 3), but for such a solar cell, measures against damage when assembling a solar cell device are insufficient. There was also a problem.
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、受光面側に電極がなく、貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成された太陽電池セルにおいても、太陽電池装置を組み立てる際の太陽電池セルの破損を抑えることができる太陽電池装置を得ることを目的とする。また、比較的強度の弱い特殊な太陽電池セルを用いた場合でも、強度を上げることができる太陽電池装置を得ることも目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and when assembling a solar battery device even in a solar battery cell in which no electrode is formed on the light receiving surface side and all electrodes of the positive electrode and the negative electrode are formed on the back surface side by the through holes. It aims at obtaining the solar cell apparatus which can suppress damage of the photovoltaic cell of this. Another object of the present invention is to obtain a solar cell device that can increase the strength even when special solar cells having relatively low strength are used.
上記目的を達成するため、この発明にかかる太陽電池装置は、受光面とその裏面を貫く貫通孔が複数形成されたp型の半導体の受光面、前記貫通孔内壁および裏面の前記貫通孔周辺をn型にするとともに、その裏面に前記p型部分と接続される正電極と、前記n型部分と接続される負電極と、を形成した太陽電池セルと、前記太陽電池セルの電極形成位置に対応して形成された配線パターンを有する基板と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solar cell device according to the present invention includes a light receiving surface of a p-type semiconductor in which a plurality of through holes penetrating the light receiving surface and its back surface are formed, the inner wall of the through hole, and the periphery of the through hole on the back surface. A solar cell having an n-type and a positive electrode connected to the p-type portion and a negative electrode connected to the n-type portion on the back surface thereof, and an electrode forming position of the solar cell And a substrate having a correspondingly formed wiring pattern.
この発明によれば、太陽電池セルの裏面側の電極位置に予め合わせた配線パターンを持つ基板を使用することで、太陽電池セルの裏面側に、正電極同士や、負電極同士を繋げる電極パターンを設けることが不要となり、太陽電池セルの製造プロセスの簡略化や、電極材料の使用量を削減することができる。 According to this invention, by using a substrate having a wiring pattern preliminarily aligned with the electrode position on the back surface side of the solar battery cell, the electrode pattern that connects the positive electrodes or the negative electrodes to the back surface side of the solar battery cell. Therefore, the manufacturing process of the solar battery cell can be simplified and the amount of the electrode material used can be reduced.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる太陽電池装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a solar cell device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明にかかる太陽電池装置の太陽電池セルの受光面側の構造を示す平面図であり、図2は、図1の太陽電池セルの構造を示す下面図であり、図3は、太陽電池セルと接合される片面プリント基板の構造を示す平面図であり、図4は、太陽電池装置を複数直列に接合した状態を受光面側から見た平面図であり、図5は、従来の太陽電池装置における複数の太陽電池セルを直列に接合した場合の断面図である。
1 is a plan view showing the structure of the light receiving surface side of the solar battery cell of the solar battery device according to the present invention, FIG. 2 is a bottom view showing the structure of the solar battery cell of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a plan view showing the structure of a single-sided printed circuit board to be joined to a solar battery cell, FIG. 4 is a plan view of a state in which a plurality of solar battery devices are joined in series from the light receiving surface side, and FIG. It is sectional drawing at the time of joining the several photovoltaic cell in the conventional solar cell apparatus in series.
この太陽電池装置に使用される太陽電池セル2は、受光面側には、光閉じ込めのためのテクスチャ構造が形成される。また、図1に示されるように、表面から裏面に貫通する貫通孔1が所定の配列パターンにしたがって形成される。受光面側には、電極は形成されておらず、貫通孔1のみが形成されている。この太陽電池セル2がたとえばp型の多結晶シリコンで構成される場合には、リンなどのドナーの拡散によってテクスチャ表面、貫通孔1内壁および裏面の貫通孔1周辺部にn型層が形成される。また、図2に示されるように、太陽電池セル2の裏面側には、受光面側から貫通される貫通孔1の周囲に形成される負電極3と、貫通孔1の配列パターンにしたがって貫通孔1と貫通孔1との間に形成される正電極4と、が形成されている。
In the
片面プリント基板6は、図3に示されるように、矩形状の構造を有し、太陽電池セル2の裏面側と接合される側には、太陽電池セル2の裏面側の電極3,4の形成位置に合わせた配線パターン5を有する。また、他の片面プリント基板6と直列に接続するための凸部7a,7bが、対向する一対の辺上に形成される。この図3の例では、この凸部7a,7bの形成位置は、対向する一対の辺上の対向する位置に形成されるのではなく、他の片面プリント基板6の凸部7a,7bを隣接させるように配置したときに、凸部7a,7b同士が同じ位置に来ないように形成されている。この凸部7a,7bには、太陽電池セル2の負電極3と正電極4の出力がそれぞれ集められた集線部5aを有する配線パターン5が施されている。たとえば、一方の凸部7aには、太陽電池セル2の負電極3の出力が集められ、他方の凸部7bには、その正電極4の出力が集められる。この片面プリント基板6の材質としては、ガラスエポキシや、紙フェノールなどを挙げることができる。また、太陽電池セル2との接合に導電性接着剤を用いる場合は片面プリント基板6に特別なコーティングを必要としないが、はんだ接合をする場合は、配線パターン5の面にプリフラックスを施したものや、配線パターン5をはんだコートした片面プリント基板6を用いることが望ましい。なお、片面プリント基板6の大きさは、両側の凸部7a,7bを除き、太陽電池セル2の外形と同じか、太陽電池セル2の幅、長さに対し0.1mm〜5mm程度大きいものとする。なお、この片面プリント基板6は、特許請求の範囲における基板に対応している。
As shown in FIG. 3, the single-sided printed
太陽電池装置8は、太陽電池セル2の裏面側を、片面プリント基板6の配線パターン5が形成された面と対向させて、導電性接着剤やはんだなどを用いて両者を接着することによって製造される。また、このような太陽電池装置8を、片面プリント基板6に形成された凸部7aと、他の太陽電池装置8の凸部7bとを向き合わせて電気的に接続させることで、図4に示されるように、複数直列に接続した太陽電池装置8を得ることができる。具体的には、ある太陽電池装置8の一方の極性の電極の凸部7b上に形成された配線パターン5の集線部と、隣接する太陽電池装置8の他方の極性の電極の凸部7a上に形成された配線パターン5の集線部とをリード線9により直列接合して、直列接続された太陽電池装置8が得られる。
The
この実施の形態1によれば、まず太陽電池セル2の裏面側の電極3,4の形成位置に予め合わせた配線パターン5を持つ片面プリント基板6を使用することで、太陽電池セル2の裏面側に、正電極4同士や、負電極3同士を繋げる電極パターンを設けることが不要となり、太陽電池セル2の製造プロセスの簡略化や、電極材料の使用量を削減することができるという効果を有する。
According to the first embodiment, first, the back surface of the
また、従来のシリコン系太陽電池セルを用いた太陽電池装置は、太陽電池セルの受光面側と裏面側のそれぞれに電極を有している。そのため、図5に示されるように、太陽電池装置を複数直列に接続する場合には、ある太陽電池セル110の受光面側の電極(図示せず)と接続されたリード線111を、隣接する太陽電池セル110の裏面側の電極(図示せず)と接続させる。太陽電池装置の発電効率を確保するためには、一般的に太陽電池セル110は狭い間隙で隣接させる必要があるので、リード線111は隣接する太陽電池セル110同士の間で、太陽電池セル110の概ね厚み分の段差112を成形するのが普通である。しかし、温度サイクル試験を実施すると、このリード線111の段差112に形成される屈曲部が破断し、発電出力が出なくなる不具合が少なからず発生する場合があった。
Moreover, the conventional solar cell apparatus using the silicon-type solar cell has an electrode on each of the light receiving surface side and the back surface side of the solar cell. Therefore, as shown in FIG. 5, when a plurality of solar battery devices are connected in series, a
これに対して、この実施の形態1の太陽電池装置8では、片面プリント基板6によって太陽電池装置8の正極と負極が共に受光面側に配されており、隣接する太陽電池装置8の正極と負極間を接続する場合に、片面プリント基板6の凸部7に形成された配線パターン5の集線部5aの間をリード線9がストレートの状態で接続することができる。その結果、温度サイクル負荷におけるリード線9の破断の問題を払拭することができ、耐環境性の高い太陽電池装置8を得ることができるという効果を有する。
On the other hand, in the
さらに、一般的な太陽電池装置の構成では、太陽電池セルの裏面側に熱可塑性樹脂(図示せず)と背面保護シート(図示せず)が存在するが、図5に示したように、太陽電池セル110の裏面側にリード線111が接合されていると、リード線111の厚み、切断時のカエリ、およびはんだ接合の場合のはんだトゲなどによって、背面保護シート側の絶縁距離が不十分となって、市場で絶縁不良が発生することがあった。
Furthermore, in the configuration of a general solar battery device, a thermoplastic resin (not shown) and a back protection sheet (not shown) exist on the back side of the solar battery cell. As shown in FIG. If the
これに対して、この実施の形態1の太陽電池装置8では、片面プリント基板6によって太陽電池装置8の正極と負極が共に受光面側の面に配されているので、この太陽電池装置8を直列に接続する構成では、隣接する太陽電池装置8の電極間を接続するリード線9は、受光面側の保護ガラス(図示せず)側となり、上記のような絶縁不良問題が発生しないという効果を有する。
On the other hand, in the
さらにまた、太陽電池装置8の製造工程中には、熱可塑性樹脂を架橋させるための熱プレス工程が存在するが、貫通孔1の存在により非常に強度の弱い特殊な太陽電池セル2であっても、太陽電池セル2の裏面側に、太陽電池セル2の外形と同じか、または太陽電池セル2の幅、長さに対し0.1〜5mm程度大きくした片面プリント基板6を接合するようにしたので、プレス圧が直接太陽電池セル2にかからなくすることができる。その結果、太陽電池セル2の破損を抑制することができるという効果を有する。
Furthermore, in the manufacturing process of the
実施の形態2.
実施の形態1では、太陽電池装置8同士をリード線9で接合させるための凸部7a,7bを片面プリント基板6の一対の対向する辺の中央部付近に設ける場合を示したが、この実施の形態2では、凸部の形成位置を変えた場合について説明する。
In the first embodiment, the case where the
図6は、片面プリント基板の実施の形態2の構造を示す平面図であり、図7は、片面プリント基板を接合した太陽電池セルを複数直列に接合した状態を受光面側から見た平面図である。なお、太陽電池セル2は、実施の形態1の図1と図2に示されるものと同じ構造であるものとする。この片面プリント基板12は、矩形状を有し、そのうちの一辺上の両端部に凸部13a,13bを設けるようにしている。そして、それぞれの凸部13a,13bに、太陽電池セルの負電極3、正電極4に接続されるように形成された配線パターン14を集線する集線部14aが形成される。このような構造とすることによって、実施の形態1の場合に比して片面プリント基板12を製造する際の材料歩留りを向上させることができ、コストダウンに繋げることができる。なお、この片面プリント基板12は、特許請求の範囲における基板に対応している。
6 is a plan view showing the structure of the second embodiment of the single-sided printed circuit board, and FIG. 7 is a plan view of a state in which a plurality of solar cells joined with the single-sided printed circuit board are joined in series, as seen from the light-receiving surface side. It is. It is assumed that
図6に示される片面プリント基板12に、実施の形態1で説明した太陽電池セル2を接合し、複数直列に接続した状態の太陽電池装置15を受光面側から見た平面図が図7に示されている。この図7に示されるように、片面プリント基板12の凸部13が互いに隣接するようにそれぞれの太陽電池装置15を配置し、ある太陽電池装置15の一方の極性の電極の凸部13aの配線パターン14の集線部14aと、隣の太陽電池装置15の他方の極性の電極の凸部13bの配線パターン14の集線部14aとをリード線16により直列接合する。このとき、ある太陽電池装置15の凸部13a,13bは、隣接する他の太陽電池装置15の凸部13a,13bと接触して配置されるために、実施の形態1の場合に比して、太陽電池装置15の直列接合後の組み立て長さ、およびリード線16の使用長さを短くすることができる。
FIG. 7 is a plan view of the
この実施の形態2によれば、矩形状を有する片面プリント基板12の一辺の両端部に凸部13a,13bを設けるようにしたので、太陽電池装置15を直列につなげる際に、太陽電池装置15間の距離を短くして配置することができ、さらに、凸部13a,13bの配線パターン14の集線部14aの間を結ぶリード線16を実施の形態1の場合に比して短くすることができるという効果を有する。また、片面プリント基板12は、矩形状を有し、凸部13a,13bがその一辺の両端部に設けられる構造となっているので、材料歩留りを向上させることができるという効果も有する。
According to the second embodiment, since the
実施の形態3.
この実施の形態3では、太陽電池セルと接続するプリント基板として、両面に配線パターンが形成された両面プリント基板を用いる場合を説明する。図8は、両面プリント基板の太陽電池セルの受光面側から見た平面図であり、図9は、図8の両面プリント基板の下面図であり、図10は、両面プリント基板に太陽電池セルを接合した太陽電池装置を直列に複数接続した場合の受光面側から見た平面図であり、図11は、図10の太陽電池装置の下面図である。なお、この実施の形態3でも、太陽電池セル2は実施の形態1の図1と図2と同様の構造を有するものとする。
Embodiment 3 FIG.
In this Embodiment 3, the case where the double-sided printed board with which the wiring pattern was formed in both surfaces is used as a printed board connected with a photovoltaic cell is demonstrated. 8 is a plan view of the double-sided printed circuit board as viewed from the light receiving surface side of the solar cell, FIG. 9 is a bottom view of the double-sided printed circuit board of FIG. 8, and FIG. FIG. 11 is a bottom view of the solar cell device of FIG. 10. FIG. 11 is a plan view seen from the light receiving surface side when a plurality of solar cell devices joined together are connected in series. In the third embodiment, the
両面プリント基板18は、太陽電池セル2の裏面側に形成される正電極4と負電極3と同じ位置またはそれらの近辺の位置に形成されたスルーホール19を有する。このスルーホール19の内壁には、両面プリント基板18の表裏面に形成された配線パターン17,20を導通させるための導電性材料が形成されている。また、図8に示されるように、両面プリント基板18の受光面側には、同一列に形成された正電極4に接続されるスルーホール19同士または負電極3に接続されるスルーホール19同士を導通させるための配線パターン17が形成される。この配線パターン17を設けることで、スルーホール19の位置と太陽電池セル2の正電極4と負電極3の位置とが接合時にずれてしまったときでも、両者の間で導通をとることが可能になる。なお、この配線パターン17は、スルーホール19が、太陽電池セル2の正電極4と負電極3に対して同位置に形成され、導通抵抗上の問題がなければ、設けなくても良い。
The double-sided printed
一方、図9に示されるように、両面プリント基板18の裏面側には、太陽電池セル2の正電極4と接続されるスルーホール19同士を接続し、また太陽電池セル2の負電極3と接続されるスルーホール19同士を接続し、両面プリント基板18上のスルーホール19が形成されていない周縁部に集線する集線部20aを有する配線パターン20が設けられる。両面プリント基板18の裏面の周縁部に形成される集線部20aは、両面プリント基板18が矩形状を有する場合には、対向する一対の辺上に形成される。たとえば、図9の両面プリント基板18において、左側の周縁部には、正電極4に接続されるスルーホール19同士を接続する配線の集線部20aが形成され、右側の周縁部には、負電極3に接続されるスルーホール19同士を接続する配線の集線部20aが形成される。
On the other hand, as shown in FIG. 9, through
このような両面プリント基板18の受光面側に、太陽電池セル2の裏面側が対向するように、そして両面プリント基板18のスルーホール19の位置に太陽電池セル2の正電極と負電極の位置を合わせて両者を導電性接着剤やはんだなどを用いて接合し、従来公知の方法によって太陽電池装置が作製される。なお、この両面プリント基板18は、特許請求の範囲における基板に対応している。
The positions of the positive electrode and the negative electrode of the
このように作製した太陽電池装置21の集線部20aが他の太陽電池装置21の集線部20aと隣接するように、具体的には、ある太陽電池装置21の正極の配線パターン20に接続される集線部20aに他の太陽電池装置21の負極の配線パターン20に接続される集線部20aが隣接するように、配置し、隣接する両面プリント基板18の裏面側の集線部20a同士をリード線22によって接合することで、図10〜図11に示される直列に接合した太陽電池装置を得ることができる。
Specifically, the
この実施の形態3によれば、両面プリント基板18では、裏面側の配線パターン20の上で、太陽電池装置21同士をリード線22により直列接合できるので、実施の形態1,2のような凸部7,13が不要となり、さらに両面プリント基板18が矩形状を有するので、プリント基板の材料歩留りを実施の形態2の場合に比してさらに向上させることができる。また、太陽電池装置21同士の直列接合を隙間なく行なうことができるので、太陽電池装置(太陽光発電パネル)の発電効率を飛躍的に上げることが可能となる。さらに、リード線22が受光面側から見えないので、太陽光発電パネルの外観性を向上させることができる。
According to the third embodiment, in the double-sided printed
以上のように、この発明にかかる太陽電池装置は、受光面側に電極がなく、貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成された太陽電池セルを利用した太陽電池装置に有用である。 As described above, the solar cell device according to the present invention is useful for a solar cell device using a solar cell in which no electrode is formed on the light receiving surface side and all the positive and negative electrodes are formed on the back surface side by through holes. It is.
1 貫通孔
2,110 太陽電池セル
3 負電極
4 正電極
5,14,17,20 配線パターン
6,12 片面プリント基板
8,15,21 太陽電池装置
9,16,22,111 リード線
18 両面プリント基板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記太陽電池セルの電極形成位置に対応して形成された配線パターンを有する基板と、
を備えることを特徴とする太陽電池装置。 The light receiving surface of the p-type semiconductor having a plurality of through holes penetrating the light receiving surface and the back surface thereof, the inner wall of the through hole and the periphery of the through hole on the back surface are made n-type, and the back surface is connected to the p-type portion. A positive electrode, and a negative electrode connected to the n-type portion,
A substrate having a wiring pattern formed corresponding to the electrode formation position of the solar battery cell;
A solar cell device comprising:
前記配線パターンの集線部は、前記凸部上に形成されることを特徴とする請求項3に記載の太陽電池装置。 The substrate has a rectangular shape, has a convex portion near the center of a pair of opposing sides, and when the two substrates are arranged adjacent to each other having the convex portion, the convex portion The protrusions are formed on a pair of opposing sides of the substrate so that they do not collide with each other,
The solar cell device according to claim 3, wherein the concentrating portion of the wiring pattern is formed on the convex portion.
前記配線パターンの集線部は、前記凸部上に形成されることを特徴とする請求項3に記載の太陽電池装置。 The substrate has a rectangular shape, and has convex portions at both ends of one side of the rectangular shape,
The solar cell device according to claim 3, wherein the concentrating portion of the wiring pattern is formed on the convex portion.
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