JP2008135646A - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルにタブを取り付ける際、太陽電池セルの反りを抑制する太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池セル１上には、導電材料３を溝部Ａに有する保護材２が、導電材料３を太陽電池セル１に接触するように配置される。溝部Ａからは、端部を導電材料３と電気的に接続した金属線４が延びる。そして、隣り合う太陽電池セル１に配置された金属線４を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。

従来、ＨＩＴ太陽電池モジュールは、図６に示すように、複数の太陽電池セルのバスバー電極２０同士が互いに銅箔等の導電材からなるタブ４０により電気的に接続され、ガラス、透光性プラスチックのなどの透光性を有する表面保護材と、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）等のフィルムからなる裏面保護材との間に、ＥＶＡ等の透光性を有する封止材により封止されている。

太陽電池モジュールは、導電性ペーストにより、太陽電池セル１０表面に、バスバー電極２０及びフィンガー電極３０を形成することによって作製される。そして、バスバー電極２０上にタブ４０をハンダにより接着することで、太陽電池セルを直列に接続することが一般的である。このように、タブ４０をハンダ付けによって接着する場合、図７に示すように、太陽電池セル１０の両側から圧力がかけられる。尚、図７は、図６を矢印方向から見た図である。

又、樹脂フィルムに固定された線状の金属体（タブ）を、太陽電池セルの電極形成面に押圧して加熱し、金属体（タブ）を電極形成面に固定する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２７８５８８６号公報

しかしながら、従来のハンダ付けによるタブの接着では、図７に示すように圧力や熱の影響で、太陽電池セルが反りやすく、割れやすいという問題がある。このように、太陽電池セルが反ることによって、タブがはがれたり、太陽電池セルが割れたりすることは、太陽電池モジュールの変換効率の低下につながる。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、太陽電池セルにタブを取り付ける際、太陽電池セルの反りや割れを抑制する太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、表面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池セルが配設される太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池セルそれぞれの少なくとも片面には、導電材料を溝部に有する保護材が、導電材料を太陽電池セルに接触するように配置され、隣り合う太陽電池セルに配置された導電材料を電気的に接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続する太陽電池モジュールであることを要旨とする。

第１の特徴に係る太陽電池モジュールによると、導電材料を溝部に有する保護材を太陽電池セルに接着するため、太陽電池セル表面において均一に圧力がかかり、太陽電池セルの反りや割れを抑制することができる。

又、第１の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、導電材料は、溝部に配置される第１の導電材料と、第１の導電材料と溝部の内部で接続し、保護材の外部へ延びる第２の導電材料とから形成され、第２の導電材料を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続してもよい。

この太陽電池モジュールによると、溝部の内部における導電材料と、溝部の外部へ延びる導電材料を異なる材料で作製することができる。

又、上記の太陽電池モジュールにおいて、第１の導電材料は、接着性を有してもよい。

この太陽電池モジュールによると、第１の導電材料を溝部に固定するための接着剤等が必要なく、工程の簡素化やコストの削減につながる。

又、第１の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、保護材は、太陽電池セルの端部よりも外部へ出るように配置され、当該外部へ出ている導電材料を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続してもよい。

この太陽電池モジュールによると、太陽電池セル同士の接続部分を保護材で保護することができる。

又、第１の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、保護材は、表面保護材よりも大きい屈折率を有することが好ましい。

この太陽電池モジュールによると、表面保護材から入射した光が保護材内部で反射することにより、光の閉じ込め効果が大きくなり、太陽電池セルの変換効率を向上させることができる。

本発明の第２の特徴は、表面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池セルが配設される太陽電池モジュールの製造方法であって、導電材料を溝部に有する保護材を形成する工程と、太陽電池セルの少なくとも片面に、保護材を、導電材料が太陽電池セルに接触するように接着する工程と、隣り合う太陽電池セルに配置された導電材料を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続する工程とを含む太陽電池モジュールの製造方法であることを要旨とする。

第２の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法によると、導電材料を溝部に有する保護材を太陽電池セルに接着するため、太陽電池セル表面において均一に圧力がかかり、太陽電池セルの反りや割れを抑制することができる。

本発明によると、太陽電池セルにタブを取り付ける際、太陽電池セルの反りや割れを抑制する太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

＜第１の実施形態＞
（太陽電池モジュール）
第１の実施形態に係る太陽電池モジュールとして、ＨＩＴ構造を有する太陽電池セル１を用いた太陽電池モジュールを例に挙げ、以下について説明する。図１（ａ）は、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの要部を説明するための斜視図である。

太陽電池セル１の上面には、保護材２が配置される。太陽電池セル１の受光面に配される保護材２は、透光性の材料からなる。一方、太陽電池セル１の背面に配される保護材２は、透光性材料、非透光性材料のどちらを用いても良い。保護材２としては、例えば樹脂シートが用いられる。この保護材２は、例えば、熱圧着により太陽電池セル１に固着される。

保護材２は、溝部Ａを有し、溝部Ａの内部には導電材料３が配置される。導電材料３（第１の導電材料）としては、例えば、ステンレス、アルミや銀ペーストが用いられる。又、溝部Ａの端からは、隣接する素子と接続させるための金属線４（第２の導電材料）が出ている。尚、図１では、溝部Ａは２本示しているが、１本でも３本以上でも構わない。このように、保護材２は、導電材料３が太陽電池セル１に接触するように配置される。

図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を図１（ｂ）に示し、図１（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図を図１（ｃ）に示す。導電材料３は、導電性接着テープ５によって、太陽電池セル１に電気的に接合されている。導電材料３は、図１（ｃ）に示すように、それぞれの部材を固着するための導電性接着剤６と電気的抵抗を良くするための金属線７とで構成される。導電性接着剤６は、溝部Ａを隙間無く埋める役割を果たし、かつ導電性接着テープ５と保護材２の表面がほぼ平坦になるようにしている。金属線４は、溝部Ａの中で一の端部を導電材料３と電気的に接続し、保護材２の外部へ延びる。そして、金属線４の他の端部は、隣り合う太陽電池セル１から延びる金属線と、直接或いは間接的に、電気的に接合される。

又、金属線４及び金属線７は、例えば、アルミと錫、インジウム等との合金線やアルミの単体から構成される。

又、太陽電池セル１の下面にも同様の保護材２が配置されており、金属線４が図１（ａ）における奥側の端部より出ている。

又、保護材２を配置した太陽電池セル１は、ガラス、透光性プラスチックなどの透光性を有する表面保護材と、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）等のフィルムからなる裏面保護材との間に配設され、太陽電池モジュールとなる。保護材２を形成する樹脂シートは、この表面保護材よりも大きい屈折率を有することが好ましい。例えば、ガラスの屈折率は、１．５２なので、樹脂シートは１．５２以上の屈折率を有することが好ましい。このような樹脂としては、例えば、イミド系樹脂が挙げられる。又、樹脂シートとして、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シートにＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を積層した構成としてもよい。ＰＥＴによって水分の侵入を防ぎ、熱可塑性であるＥＶＡによって密着性を向上させることができる。尚、樹脂シートとして、ＰＥＴやＥＶＡを単体で用いてもよいことは勿論である。

（太陽電池モジュールの製造方法）
次に、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について、図１及び図２を用いて説明する。

まず、太陽電池セル１を作成する。例えば、ｎ型（１００）単結晶シリコンウェーハ（１００ｍｍ角、１００μｍ厚）をアルカリ水溶液で異方性エッチング加工して表面に微細凹凸を形成した後、通常洗浄して表面の不純物を除去する。その後、プラズマＣＶＤ法により片面にｉ型、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈを５ｎｍ程度ずつ順次堆積して、受光面に接合を形成した。続いて、もう片方の面にｉ型、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈを５ｎｍ程度ずつ順次堆積する。半導体積層面には、それぞれスパッタ法によりＩＴＯ層１００ｎｍを形成する。

一方、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シートにＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を積層した保護材２を用意する。ここで、ＥＶＡには溝部Ａが形成されている。尚、このように２枚の樹脂シートを組み合わせて保護材２を作製する以外に、溝部を有する状態で成型された樹脂シートを用いてもよく、樹脂シートに溝部を形成してもよい。そして、溝部Ａには、金属線４及び導電材料３が配置され、溝部Ａの開口部には導電性接着テープ５が配置される。

次に、保護材２を１００℃程度で仮乾燥する。その後、図１（ａ）に示すように、１５０〜２５０℃で、保護材２を太陽電池セル１に圧着するとともに、導電性接着テープ５による太陽電池セル１と導電材料３との接合と、導電性接着剤６による金属線４の接合を行う。

次に、図２に示すように、隣り合う太陽電池セルに配置された金属線４を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続する。

次に、接続された複数の太陽電池セルを表面保護材と裏面保護材との間に配設し、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを作成する。

（作用及び効果）
第１の実施形態に係る太陽電池モジュールによると、樹脂シートに溝をつけ、その溝の中に導電材料３を設置することにより、接着面がほぼ平坦になり、太陽電池セルに対し、ほぼ均一な圧力がかけられる。又、電力取り出し用の金属線４を設置するため、素子間の接続工程を行うことができ、この接続工程において、余計な圧力をかけることがない。このため、圧力の集中による、太陽電池セルの反りや割れなどの不良がなくなり、歩留まりが向上する。

又、導電材料３として接着性を有する銀ペーストを用い、溝部に流し込むと、導電材料を溝部に固定するための接着剤等が必要なく、工程の簡素化やコストの削減につながる。

又、太陽電池セルの受光面側の保護材２を形成する透光性材料は、表面保護材よりも大きい屈折率を有することが好ましい。表面保護材から入射した光が保護材内部で反射することにより、光の閉じ込め効果が大きくなる。このため、従来、変換に寄与しなかった光を有効利用でき、太陽電池セルの変換効率を向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る太陽電池モジュールは、図３（ａ）に示すように、太陽電池セル１上には、保護材２が配置され、太陽電池セル１と保護材２とを接着剤８により固着する。

図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を図３（ｂ）に示し、図３（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図を図３（ｃ）に示す。

保護材２の溝部Ａは、保護材２の端部まで達しておらず、液状の導電材料９が流れでないようにしている。導電材料９としては、例えば、銀ペーストが用いられる。予め、溝部Ａに金属線４を設置した後、保護材２の面よりやや盛り上がるように銀ペーストを流し込んでいる。このように構成された保護材２上に太陽電池セル１を設置し、１００℃程度で仮乾燥させ、その後１５０〜２５０℃で加熱し、圧着することにより、第２の実施形態に係る太陽電池モジュールを作成できる。

第２の実施形態に係る太陽電池モジュールのその他の構成、製造方法については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

第２の実施形態に係る太陽電池モジュールによると、導電材料３として液状のものを用いても、外部に流れ出ることがない。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る太陽電池モジュールは、図４（ａ）に示すように、太陽電池セル１上には、保護材２が配置され、太陽電池セル１と保護材２とを接着剤８により固着する。

図４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を図４（ｂ）に示し、図４（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図を図４（ｃ）に示す。

保護材２の溝部Ａには、導電性接着剤６が介在し、金属線７を固定する。金属線７には、予め導電性接着テープ５が貼られており、太陽電池セル１の電極形成面と接続する。金属線７は、溝部Ａの内部から保護材２の外部にまで引き出されて配置される。

第３の実施形態に係る太陽電池モジュールのその他の構成、製造方法については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

第３の実施形態に係る太陽電池モジュールによると、溝部の内部にある導電材料と電力取り出し用の配線を一体化して形成することができる。このため、第１の実施形態に比べ、導電材料の取り付け工程を簡素化することができる。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る太陽電池モジュールは、図５（ａ）に示すように、太陽電池セル１上には、保護材２が配置される。このとき、保護材２は、太陽電池セル１の端部よりも外部へ出るように配置される。

保護材２の斜視図を図５（ｂ）に示し、保護材２の断面図を図５（ｃ）に示す。保護材２の構成は、第３の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

第３の実施形態との違いは、保護材２の接着面及び金属線７が露出していることである。第４の実施形態では、図５（ｄ）に示すように、外部に出ている樹脂シート及び金属線７を導電性接着剤６によって貼り合わせることにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続する。尚、保護材２の太陽電池セル１から外部に出ている露出部は、太陽電池セル１との接合時には、接着剤が塗布してあるが、金属線７には、導電性接着テープは貼られていない。

第４の実施形態に係る太陽電池モジュールによると、太陽電池セル同士の接続部分を保護材で保護することができる。又、図５（ｄ）に示すように、入射した光が樹脂シートの界面で反射角が変わり、樹脂シートを導光する。このように光の閉じ込め効果が大きくなることにより、太陽電池セルの変換効率を向上させることができる。

尚、以上説明した第１〜第４の実施形態では、いずれも太陽電池セルの両面に保護材を配した例について説明したが、本発明においては保護材を太陽電池セルのいずれか一方の面に配するものであっても良い。斯様に保護材を太陽電池セルのいずれか一方の面に配した構成によっても、電力取り出し用配線を接続する際の圧力集中に伴う太陽電池セルの反りや割れ等の発生を抑制することができる。

又、本発明において、太陽電池セルの受光面に配する保護材は透光性を有する必要があるので、透光性材料から構成される。一方、太陽電池セルの背面に配する保護材は、非透光性の材料から構成しても良いし、或いは反射性を有するように構成しても良い。反射性を有するように構成することで、太陽電池セルを透過した光を保護材で反射させ、太陽電池セルに再入射させることで、光の有効利用を図ることができる。

又、本発明において、太陽電池セルは第１〜第４の実施形態で説明したＨＩＴ構造の太陽電池セルに限定されるものではなく、熱拡散により形成したｐｎ結合を有する単結晶Ｓｉや多結晶Ｓｉ等の結晶系の太陽電池セルを用いても良い。

第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの（ａ）は斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は断面図である。 第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を断面図である。 第２の実施形態に係る太陽電池モジュールの（ａ）は斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は断面図である。 第３の実施形態に係る太陽電池モジュールの（ａ）は斜視図、（ｂ）及び（ｃ）は断面図である。 第４の実施形態に係る太陽電池モジュールの（ａ）及び（ｂ）は斜視図、（ｃ）及び（ｄ）は断面図である。 従来の太陽電池モジュールの断面図である（その１）。 従来の太陽電池モジュールの断面図である（その２）。

符号の説明

１…太陽電池セル
２…保護材
３…導電材料
４…金属線
５…導電性接着テープ
６…導電性接着剤
７…金属線
８…接着剤
９…導電材料
１０…太陽電池セル
２０…バスバー電極
３０…フィンガー電極
４０…タブ

Claims (6)

1. 表面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池セルが配設される太陽電池モジュールであって、
   前記複数の太陽電池セルそれぞれの少なくとも片面には、導電材料を溝部に有する保護材が、前記導電材料を太陽電池セルに接触するように配置され、
   隣り合う太陽電池セルに配置された前記導電材料を電気的に接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記導電材料は、
   前記溝部に配置される第１の導電材料と、
   前記第１の導電材料と前記溝部の内部で接続し、前記保護材の外部へ延びる第２の導電材料とから形成され、
   前記第２の導電材料を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続す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. 前記第１の導電材料は、接着性を有す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. 前記保護材は、太陽電池セルの端部よりも外部へ出るように配置され、
   当該外部へ出ている導電材料を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記保護材は、前記表面保護材よりも大きい屈折率を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 表面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池セルが配設される太陽電池モジュールの製造方法であって、
   導電材料を溝部に有する保護材を形成する工程と、
   前記太陽電池セルの少なくとも片面に、前記保護材を、前記導電材料が前記太陽電池セルに接触するように接着する工程と、
   隣り合う太陽電池セルに配置された前記導電材料を接続することにより、太陽電池セル同士を互いに電気的に接続する工程と
   を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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