JP2007073835A - 太陽電池およびそれを用いた太陽電池ストリング、並びに、太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数の太陽電池セルをインターコネクタで接続する際に生じ得る太陽電池セルの割れや反りを防止するうえで有効な構成を有する太陽電池を提供すること。
【解決手段】太陽電池は、光電変換層と、光電変換層の受光面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第１接続電極と、光電変換層の受光面と対向する裏面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第２接続電極と、第１および第２接続電極の少なくとも一方に接続された１つ以上のインターコネクタとを備え、インターコネクタは第１および第２接続電極の少なくとも一方の半分以上の領域に接続される第１部と、第１部から光電変換層の外方へ延出する第２部とから構成される。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池およびそれを用いた太陽電池ストリング、並びに、太陽電池モジュールに関し、詳しくは太陽電池の製造工程で生じ得る太陽電池セルの割れを防止するうえで有効な太陽電池の構造に関する。

この発明に関連する従来技術としては、次の（１）〜（３）のような技術が知られている。
（１）太陽電池セルにアクリル樹脂板等の保護板を貼り付け、太陽電池モジュール組立工程中に生ずるセル割れを防止する（例えば、特許文献１参照）。
（２）太陽電池セルの裏面、表面または側面のいずれかの領域に補強材または緩衝材を付与し、太陽電池モジュールの組立工程中に生ずるセル割れを防止する（例えば、特許文献２参照）。
（３）太陽電池セルの裏面電極上に導電性の金属箔を貼り付け、該金属箔を補強材として作用させると共に、仮に太陽電池セルに割れが発生しても該金属箔により裏面電極の電流的機能を補う（例えば、特許文献３参照）。
太陽電池
特開昭６１−１０８１７８号公報 特開２００３−６９０５５号公報 特開２００４−１２７９８７号公報

近年、材料コスト削減の観点から太陽電池セルの薄型化が進んでいる。
しかし、薄型化された太陽電池セルをインターコネクタを用いて接続すると、太陽電池セルの機械的強度不足により、セル割れの起点となり易いセルエッジ部分や熱応力が加わるインターコネクタ接続部において割れが多発する。
また、インターコネクタが接続された太陽電池セルは、太陽電池セルとインターコネクタの熱膨張係数の違いや、太陽電池の受光面側と裏面側におけるインターコネクタの接続面積の相違から反りが生じ易く、太陽電池セルに生じた反りがセルストリング作製時にセル割れを誘発する要因となっている。

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、複数の太陽電池セルをインターコネクタで接続する際に生じ得る太陽電池セルの割れや反りを防止するうえで有効な構成を有する太陽電池およびそれを用いた太陽電池ストリング、並びに、太陽電池モジュールを提供するものである。

この発明は、光電変換層と、光電変換層の受光面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第１接続電極と、光電変換層の受光面と対向する裏面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第２接続電極と、第１および第２接続電極の少なくとも一方に接続された１つ以上のインターコネクタとを備え、インターコネクタは第１および第２接続電極の少なくとも一方の半分以上の領域に接続される第１部と、第１部から光電変換層の外方へ延出する第２部とから構成されることを特徴とする太陽電池を提供するものである。

この発明によれば、第１および第２接続電極が、光電変換層の周縁領域に沿ってそれぞれ枠状に形成され、インターコネクタの第１部が第１および第２接続電極の少なくとも一方の半分以上の領域に接続されるので、セル割れの起点となり易い光電変換層の周縁部が補強される。
そして、複数の太陽電池をそれらのインターコネクタを介して電気的に接続し太陽電池ストリングを作製する際には、各太陽電池の光電変換層の周縁部が補強されているため、インターコネクタの接続時における光電変換層とインターコネクタの熱膨張係数の違い、すなわち接続部分に熱応力が加わることに起因して生じるセル割れも防止される。
さらに、セル割れの起点となり易い光電変換層の周縁部が、太陽電池を構成するうえで機能上の必須部材である第１および第２接続電極、並びに、インターコネクタによって補強されるため、別途、補強部材などを用いて補強する必要がなくなり、製造コストの削減を図ることができる。

この発明による太陽電池は、光電変換層と、光電変換層の受光面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第１接続電極と、光電変換層の受光面と対向する裏面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第２接続電極と、第１および第２接続電極の少なくとも一方に接続された１つ以上のインターコネクタとを備え、インターコネクタは第１および第２接続電極の少なくとも一方の半分以上の領域に接続される第１部と、第１部から光電変換層の外方へ延出する第２部とから構成されることを特徴とする。

この発明による太陽電池において、光電変換層としては、例えば、ｐ型またはｎ型のシリコン基板に、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。この場合、シリコン基板の厚さは特に限定されるものではないが、材料コスト削減の観点からすれば、１００〜３００μｍ程度が好ましい。
光電変換層の受光面側および裏面側にそれぞれ形成される第１および第２接続電極は、例えば、アルミニウム粉末や銀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光電変換層の周縁領域に沿って枠状に印刷し、焼成することにより形成できる。
枠状に形成される第１および第２接続電極の幅は、特に限定されるものではないが、例えば、１〜２ｍｍ程度とすることができる。
第１および第２接続電極は、後にインターコネクタが接続される部分であるため、ディップ法などによって予めはんだコーティングもしくはフラックス等が施されていることが好ましい。
第１および第２接続電極の少なくとも一方の半分以上の領域に接続されるインターコネクタは、例えば、銅、アルミ、或いはそれらの合金によって形成できる。厚さは特に限定されるものではないが、例えば、０．２〜０．３ｍｍ程度とすることができる。

この発明による太陽電池において、インターコネクタの第１部は、第１および第２接続電極の少なくとも一方の全領域に接続されるように、前記接続電極の形状に対応した枠状の形状を有していてもよい。
このような構成によれば、第１および第２接続電極の少なくとも一方の全領域に、接続電極の形状に対応した第１部が接続されるので、セル割れの起点となり易い光電変換層の周縁部を極めて強固に補強できる。また、このような構成によれば、インターコネクタの接続時に光電変換層の周縁領域の全てに熱応力が均等に加わるため、インターコネクタの接続に伴うセル割れやセルの反りを防止する観点からもより好ましい。

この発明による太陽電池において、インターコネクタの第２部は、第１部に対して光電変換層の厚さ方向に屈曲していてもよい。
また、第２部が第１部に対して屈曲している上記構成において、第２部はＳ字状の断面を有するように屈曲していることが好ましい。
また、第２部が第１部に対して屈曲している上記構成において、第２部の最大高低差は、インターコネクタの厚さに光電変換層、第１接続電極および第２接続電極の厚さを加えた厚さと略等しいことが好ましい。
これらの構成によれば、隣接するインターコネクタの第２部同士を接続する際に、第２部に力を加えて屈曲させる必要がなくなり、第２部同士が自然に接触するので、インターコネクタ同士の接続工程においてインターコネクタを過度に曲げることに起因して生じ得るセル割れを防止できる。

この発明による太陽電池は、２つのインターコネクタの第１部が第１および第２接続電極にそれぞれ接続されていてもよい。
このような構成によれば、光電変換層の受光面側および裏面側の双方において、対称形状のインターコネクタが第１および第２接続電極に対して同じ接続面積で接続されることとなり、光電変換層の受光面側および裏面側におけるインターコネクタの接続面積の相違に起因して生ずる光電変換層の反りを防止でき、樹脂封止等の圧力が加わる工程を含む後のモジュール化工程において歩留まりを向上させることができる。

この発明は、別の観点からみると、隣接するように並んだ複数の太陽電池がそれらのインターコネクタを介して電気的に接続された太陽電池ストリングであって、各太陽電池がこの発明による上述の太陽電池からなる太陽電池ストリングを提供するものでもある。

また、この発明は、更に別の観点からみると、複数の太陽電池ストリングが電気的に接続された太陽電池モジュールであって、各太陽電池ストリングがこの発明による上述の太陽電池ストリングからなる太陽電池モジュールを提供するものでもある。

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。

実施例
図１〜１２に基づいて、この発明の実施例による太陽電池およびそれを用いた太陽電池ストリングについて説明する。
図１は、実施例による太陽電池の斜視図、図２は、実施例による太陽電池を構成する太陽電池セルの平面図、図３は図２に示される太陽電池セルの背面図、図４および図５は図２および図３に示される太陽電池セルの製造工程を示す工程図、図６は実施例による太陽電池を構成するインターコネクタの斜視図、図７は図１に示される太陽電池により構成された太陽電池ストリングの平面図、図８は図７に示される太陽電池ストリングの側面図、図９はインターコネクタの変形例を示す斜視図、図１０は図９に示されるインターコネクタを用いた太陽電池により構成された太陽電池ストリングの平面図、図１１は図１０に示される太陽電池ストリングの側面図、図１２はインターコネクタの更なる変形例を示す斜視図である。

太陽電池
図１〜３に示されるように、実施例による太陽電池１は、光電変換層２と、光電変換層２の受光面側の周縁領域に沿って枠状に形成された受光面側接続電極（第１接続電極）３と、光電変換層２の受光面と対向する裏面側の周縁領域に沿って枠状に形成された裏面側接続電極（第２接続電極）５とから構成される太陽電池セル１ａと、太陽電池セル１ａの受光面側接続電極３および裏面側接続電極５にそれぞれ接続された２つのインターコネクタ２０とを備えている。
図１および図６に示されるように、各インターコネクタ２０は、受光面側接続電極３および裏面側接続電極５の全領域に接続されるように、前記接続電極３，５の形状に対応した枠状の形状を有する枠状接続部（第１部）２１と、枠状接続部２１から光電変換層２の外方へ延出する相互接続部（第２部）２２とから構成されている。

なお、光電変換層２の受光面側には受光面側接続電極３に接続される細い集電用グリッド電極４が形成されている。
また、光電変換層２の裏面側には裏面側接続電極５に接続される裏面集電極６が、枠状の裏面側接続電極５に囲まれるように形成されている。
なお、光電変換層２の周縁領域の幅、すなわち図２および図３に示される受光面側接続電極３および裏面側接続電極５の幅Ｗ１，Ｗ２は、いずれも１〜２ｍｍである。

太陽電池セル
実施例による太陽電池１を構成する太陽電池セル１ａは次のようにして作製される。
まず、図４（ａ）に示されるように、ワイヤーソーにより１５５ｍｍ角、厚さ１００〜２００μｍにスライスされたｐ型シリコンウエハ１０に酸エッチングを施し、スライス時に生じたダメージ層を除去する。
次に、図４（ｂ）に示されるように、受光面となるウエハ１０の表面にリン（Ｐ）系の化合物を含有したｎ型の不純物を塗布し、７００〜９００℃の熱拡散によりｎ型拡散層１１を形成する。

次に、図４（ｃ）に示されるように、ウエハ１０の受光面に反射防止膜１２（ＡＲＣ）として膜厚５００〜１０００ÅのＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法で形成する。
次に、図４（ｄ）に示されるように、ウエハ１０の裏面にアルミペーストをスクリーン印刷法により印刷し、乾燥させた後、７００〜８００℃程度で焼成し、不純物となるアルミをウエハ１０に拡散させてＰ＋層からなるＢＳＦ層（図示せず）を形成すると共に裏面集電極６を形成する。
なお、アルミペーストを印刷する際、後の工程で裏面側接続電極１５（図３参照）が形成されるウエハ１０の周縁領域にはアルミペーストが印刷されないようにしておく。

次に、図５（ｅ）に示されるように、ウエハ１０の表面上に、銀ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、後に集電用グリッド電極４（図２参照）と受光面側接続電極３となるパターンを形成する。
次に、図５（ｆ）に示されるように、ウエハ１０の裏面側の周縁領域に裏面集電極６を囲むように銀ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、乾燥させた後、７００〜８００℃程度で焼成して裏面側接続電極５を形成する。なお、この焼成の際にウエハ１０の受光面に印刷された集電用グリッド電極４（図２参照）と受光面側接続電極３も焼成され、集電用グリッド電極４と受光面側接続電極３は反射防止膜１２をファイヤースルーし、集電用グリッド電極４および受光面側接続電極３とウエハ１０とのオーミックコンタクトが得られる。

その後、図５（ｇ）に示されるように、はんだディップを行うことにより受光面側接続電極３と裏面側接続電極５の表面がはんだ層１３で被覆され、図２および図３に示される太陽電池セル１ａが完成する。

インターコネクタ
図１および図６に示されるように、この発明の実施例による太陽電池１を構成するインターコネクタ２０は、上述の太陽電池セル１ａの受光面側接続電極３および裏面側接続電極５に接続されるように、前記接続電極３，５の形状に対応した枠状の形状を有する枠状接続部２１と、枠状接続部２１から太陽電池セル１の外方へ延びる相互接続部２２とから構成されている。
インターコネクタ２０の枠状接続部２１は、太陽電池セル１ａの受光面電極３および裏面接続電極５にはんだ付けによって接続され、相互接続部２２は光電変換層２から外方へ延出する。
相互接続部２２は、後述する太陽電池ストリングの作製時に隣接する太陽電池セル１の受光面側または裏面側へ向かうように、枠状接続部２１に対して光電変換層２の厚さ方向に向かって屈曲している（図８参照）。

インターコネクタ２０は薄板状の銅板を打ち抜き加工し、それを型押しすることにより形成され、その表面にははんだコーティングが施されている。なお、枠状接続部２１の幅Ｗ３は１〜２ｍｍである。またインターコネクタ２０の厚さＴは０．３ｍｍである。
図８に示されるように、隣接する太陽電池１を直列接続して太陽電池ストリング３０を作製する際、隣接した太陽電池１からそれぞれ延出し枠状接続部２１に対して屈曲する相互接続部２２は互いに自然に接触し、この状態ではんだ付けがなされる。このため、インターコネクタ２０に力を加えて曲げる加工をしなくても済み、インターコネクタを曲げる際に生じ得るセル割れが防止される。

なお、屈曲した相互接続部２２の最大高低差Ｄ１は、インターコネクタ２０の厚さに太陽電池セル１ａの厚さを加えた厚さと略等しいように設定される。
つまり、この実施例では太陽電池セル１ａの厚さが約０．２ｍｍであり、インターコネクタ２０の厚さＴが０．３ｍｍであるため、相互接続部２２の最大高低差Ｄ１は０．５ｍｍに設定される。

太陽電池ストリング
図７および図８に示されるように、太陽電池ストリング３０は、隣接する太陽電池１から延出するインターコネクタ２０の相互接続部２２同士をはんだ付けすることにより作製される。はんだ付けはリフロー炉での加熱により行われる。

隣接する太陽電池１を接続して太陽電池ストリング３０を作製する際、セル割れの起点となり易い各太陽電池セル１ａの周縁領域は、表面側接続電極３、裏面側接続電極５および前記接続電極３，５にそれぞれ接続されたインターコネクタ２０の枠状接続部２１によって補強されているので、相互接続部２２同士をはんだ付けによって接続する際の熱応力に起因して生じ得るセル割れが極力抑えられる。

さらに、太陽電池セル１ａの受光面側および裏面側の双方において同一形状のインターコネクタ２０が接続されているので、受光面側および裏面側の双方において太陽電池セル１ａとインターコネクタ２０との接続面積は同一となっている。
このため、太陽電池セル１ａの表裏におけるインターコネクタ２０との接続面積の違いに起因して生じる太陽電池セル１ａの反りも極力抑えられている。
このため、樹脂封止などを伴う後のモジュール化工程におけるセル割れが防止され、歩留まりの大幅な向上が図られる。

なお、インターコネクタの形状は図６に示されるものに限られるものではなく、例えば、図９に示されるような形状のインターコネクタ４０が用いられてもよい。
図９に示されるインターコネクタ４０は、相互接続部４２が、Ｓ字状の断面を有するように屈曲しているため、図１０および図１１に示されるように、互いに隣接する相互接続部４２同士の接触面積が大きくなり、太陽電池ストリング５０の作製工程においてより確実な接続を図ることができる。
なお、図９に示されるインターコネクタ４０も、図６に示されるインターコネクタ２０と同様に、相互接続部４２の最大工程差Ｄ２は０．５ｍｍに設定される。

また、インターコネクタの更なる変形例として、図１２に示されるようなインターコネクタ６０が用いられてもよい。
図１２に示されるインターコネクタ６０は、太陽電池セル１ａの受光面側接続電極３および裏面側接続電極５の半分以上の領域に接続されるように、図６に示されるインターコネクタ２０の枠状接続部２１の一部を省略し、平面視でコの字形としたものである。図１２に示されるインターコネクタ６０では、薄板状の銅板に１つの方形開口部を形成し、それを中央で分割することにより２つのインターコネクタ６０を作製できるので、インターコネクタの作製に係るコストを削減することができる。

この発明の実施例による太陽電池の斜視図である。 実施例による太陽電池を構成する太陽電池セルの平面図である。 図２に示される太陽電池セルの背面図である。 図２および図３に示される太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。 図２および図３に示される太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。 実施例による太陽電池を構成するインターコネクタの斜視図である。 図１に示される太陽電池により構成された太陽電池ストリングの平面図である。 図７に示される太陽電池ストリングの側面図である。 インターコネクタの変形例を示す斜視図である。 図９に示されるインターコネクタを用いた太陽電池により構成された太陽電池ストリングの平面図である。 図１０に示されるインターコネクタの側面図である。 インターコネクタの更なる変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・太陽電池
１ａ・・・太陽電池セル
２・・・光電変換層
３・・・受光面側接続電極
４・・・集電用グリッド電極
５・・・裏面側接続電極
６・・・裏面集電極
１０・・・ウエハ
１１・・・ｎ型拡散層
１２・・・反射防止膜
１３・・・はんだ層、フラックス層
２０，４０，６０・・・インターコネクタ
２１・・・枠状接続部
２２，４２・・・相互接続部
３０，５０・・・太陽電池ストリング

Claims (7)

1. 光電変換層と、光電変換層の受光面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第１接続電極と、光電変換層の受光面と対向する裏面側の周縁領域に沿って枠状に形成された第２接続電極と、第１および第２接続電極の少なくとも一方に接続された１つ以上のインターコネクタとを備え、インターコネクタは第１および第２接続電極の少なくとも一方の半分以上の領域に接続される第１部と、第１部から光電変換層の外方へ延出する第２部とから構成されることを特徴とする太陽電池。
2. インターコネクタの第１部が第１および第２接続電極の少なくとも一方の全領域に接続されるように、前記接続電極の形状に対応した枠状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. インターコネクタの第２部が第１部に対して光電変換層の厚さ方向に屈曲していることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
4. インターコネクタの第２部がＳ字状の断面を有するように屈曲していることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
5. ２つのインターコネクタの第１部が第１および第２接続電極にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池。
6. 隣接するように並んだ複数の太陽電池がそれらのインターコネクタを介して電気的に接続された太陽電池ストリングであって、各太陽電池が請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池からなる太陽電池ストリング。
7. 複数の太陽電池ストリングが電気的に接続された太陽電池モジュールであって、各太陽電池ストリングが請求項６に記載の太陽電池ストリングからなる太陽電池モジュール。

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