JP2008192980A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの割れの発生を低減することができる太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池セルの電極の表面およびインターコネクタの表面の少なくとも一方にフラックスを間欠に塗布する第１工程と、第１工程後に太陽電池セルとインターコネクタとをフラックスを介して重ねる第２工程と、第２工程後に太陽電池セルとインターコネクタとを重ねた状態で加熱することによって太陽電池セルの電極とインターコネクタとを電気的に接続する第３工程と、を含む、太陽電池モジュールの製造方法である。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの割れの発生を低減することができる太陽電池モジュールの製造方法に関する。

太陽電池としては、たとえば化合物半導体または有機材料を用いたもの等の様々な種類のものが存在しているが、現在、主流となっているのはシリコン結晶を用いたものである。太陽光発電システムが急速に普及するにつれて、太陽電池セルの製造コストの低減は必要不可欠となっており、製造コストの低減において、基板材料であるシリコンウエハの大型化および薄型化は非常に有効な手段である。

一般に、太陽電池による太陽光発電においては、太陽電池セル１枚あたりの出力が数ワット程度と小さいため、適切な出力が得られるように複数の太陽電池セルを電気的に接続した太陽電池モジュールが用いられている。

太陽電池モジュールは、通常、隣接した太陽電池セルのうち一方の太陽電池セルの受光面の電極と他方の太陽電池セルの裏面の電極とを導電部材であるインターコネクタによって直列に電気的に接続した構成を有している。

しかしながら、上述したシリコンウエハの大型化および薄型化に伴い、従来から用いられてきた表面が半田で被覆されたインターコネクタと太陽電池セルの半田が載っている電極との接続時に加熱し、その後室温まで冷却した場合には、太陽電池セルの基板材料であるシリコンとインターコネクタの基材である銅との熱膨張係数差により、太陽電池セルが大きく反るという問題が生じていた。

また、太陽電池セルに生じた反りは、自動化された太陽電池モジュール作製ラインの搬送系において、搬送エラーや太陽電池セルの割れを引き起こす原因となる。また、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルに反りが生じている場合には、たとえば樹脂封止工程等において太陽電池モジュールを構成する各太陽電池セルに局部的に強い力が加わるために、太陽電池セルに割れが生じる原因となる。

このような問題に対処するため、たとえば特許文献１には、太陽電池セルとインターコネクタとを複数の不連続な半田付けによって電気的に接続する太陽電池モジュールの製造方法が開示されている。

この特許文献１に開示された方法においては、半田付けを要する箇所を点状に加熱することによって、インターコネクタが不連続な複数の点状の半田付けで各太陽電池セルの電極に接合される。これにより、半田付け後にインターコネクタおよび太陽電池セルの膨張および収縮が最小限に抑えられることから、半田付け後にインターコネクタが太陽電池セルよりも大きく収縮することによる太陽電池セルの歪みが最小限に抑えられ、太陽電池セルの割れの発生を抑制することができるとされている。
特開２００４−２５３４７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法においては、太陽電池セルの電気的な
接続時に太陽電池セルが部分的に加熱されることになるため、太陽電池セルの熱膨張と熱収縮とが局所的に起こってしまい、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルが割れてしまうことがあった。

したがって、太陽電池モジュールの製造方法においては、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの割れの発生をさらに低減できる方法が要望されていた。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの割れの発生を低減することができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明は、太陽電池セルの電極の表面およびインターコネクタの表面の少なくとも一方にフラックスを間欠に塗布する第１工程と、第１工程後に太陽電池セルとインターコネクタとをフラックスを介して重ねる第２工程と、第２工程後に太陽電池セルとインターコネクタとを重ねた状態で加熱することによって太陽電池セルの電極とインターコネクタとを電気的に接続する第３工程と、を含む、太陽電池モジュールの製造方法である。

ここで、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、第１工程、第２工程および第３工程をこの順序で複数回繰り返すことが好ましい。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、第１工程において、フラックスを噴霧することにより太陽電池セルの電極の表面上にフラックスを間欠に塗布することができる。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、第１工程において、開口部を有するマスクを介してフラックスを噴霧することにより太陽電池セルの電極の表面上にフラックスを間欠に塗布することができる。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、第１工程において、フラックスは太陽電池セルの電極の表面上にフラックスが付着した部材を押し付けることによってフラックスを間欠に塗布することができる。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、第１工程において、フラックスを複数箇所に同時に塗布することが好ましい。

本発明によれば、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの割れの発生を低減することができる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。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１に、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に用いられる太陽電池セルの受光面の一例の模式的な平面図を示す。また、図２に、図１に示す太陽電池セルの裏面の一例の模式的な平面図を示す。

図１および図２に示すように、太陽電池セル１においては、たとえば半導体基板１０の受光面にたとえば銀からなる櫛形状の表面電極１３が形成されている。また、太陽電池セ
ル１の裏面のほぼ全面にはたとえばアルミニウムからなる金属電極１４が形成されており、金属電極１４上にたとえば銀からなる点状の裏面電極１６が形成されている。

図３に、図１および図２に示す太陽電池セル１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図を示す。

ここで、太陽電池セル１においては、半導体基板１０としてのｐ型シリコン基板の受光面にリン等のｎ型不純物が拡散することによりｎ+層１１が形成されており、ｎ+層１１上に反射防止膜１２が形成されている。そして、表面電極１３が反射防止膜１２を貫通してｎ+層１１に接触するようにして設置されている。

また、太陽電池セル１においては、半導体基板１０としてのｐ型シリコン基板の裏面にはアルミニウム等のｐ型不純物が拡散することによりｐ+層１５が形成されており、ｐ+層１５上に金属電極１４が形成されている。そして、金属電極１４上には、裏面電極１６が形成されている。

図４に、本発明の太陽電池モジュールの製造方法に用いられるインターコネクタの一例の模式的な平面図を示す。また、図５に、図４に示すインターコネクタのＶ−Ｖに沿った模式的な断面図を示す。

ここで、インターコネクタ２は、たとえば図４に示すように棒状であり、基材３の外表面がたとえば図５に示すように半田４で被覆された構成となっている。なお、本発明においては、基材３の材質としては特に限定されず用いることができ、たとえば、銅等の金属を用いることができる。また、半田４の材質も特に限定されず、たとえば、錫と鉛との合金（錫：鉛＝６０質量％：４０質量％）または錫と銀と銅との合金（錫：銀：銅＝９６．５質量％：３．０質量％：０．５質量％）を用いることができるが、なかでもインターコネクタ２としては、フレキシブルなインターコネクタを用いることが好ましい。フレキシブルなインターコネクタを用いた場合には、太陽電池セルの電極とインターコネクタとの非接続部において、太陽電池セルの電極とインターコネクタとの接続後の冷却によって太陽電池セルに発生する内部応力を緩和できるだけでなく、インターコネクタ２自体によってもその内部応力を緩和することができる。

図６に、本発明に用いられる太陽電池モジュールの製造装置の一例の模式的な構成を示す。この太陽電池モジュールの製造装置は、インターコネクタ供給源９と、フラックスを塗布するための噴霧器８と、棒状のインターコネクタ２を所定の方向に折り曲げるための折り曲げ機５と、太陽電池セル１が搬送されてくるステージ７と、を含んでいる。

以下、図６を参照して、本発明の太陽電池モジュールの製造方法の一例について説明する。

まず、インターコネクタ供給源９からインターコネクタ２が繰り出され、その後、インターコネクタ供給源９から繰り出されたインターコネクタ２は図６の右側の方向に進行する。そして、インターコネクタ２が噴霧器８の設置箇所を通過する際に、噴霧器８の噴霧によってインターコネクタ２の表面にフラックスが間欠に塗布される（第１工程）。なお、フラックスが間欠に塗布された側と反対側のインターコネクタ２の表面にはフラックスが図示しない噴霧器によって連続的に塗布されている。

ここで、本発明において、フラックスとしては、塗布しない場合と比べて半田付けを促進することができるものであれば特に限定なく用いることができ、たとえば半田付けの分野で用いられている従来から公知のフラックスを用いることができるが、なかでもインタ
ーコネクタ２の接続後の残渣の少ない非ロジン系のフラックスを用いることが好ましい。

次に、フラックス塗布後のインターコネクタ２は、その一部が折り曲げ機５によって図６の上側の方向に折り曲げられる。そして、インターコネクタ２の一端は、ステージ７に搬送されてきた太陽電池セル１の受光面の表面電極１３の表面上に配置されるとともに、インターコネクタ２の他端は、その太陽電池セル１に隣接する他の太陽電池セル１の裏面電極１６の表面上に配置される。ここで、インターコネクタ２は、表面電極１３および裏面電極１６の長手方向に沿って配置される。これにより、太陽電池セル１とインターコネクタ２とがフラックスを介して重ねられることになる（第２工程）。

続いて、ステージ７上において、太陽電池セル１とインターコネクタ２とがフラックスを介して重ねられた状態で図６の右側の方向に搬送される。そして、太陽電池セル１とインターコネクタ２とが重ねられた状態で熱６が加えられ、その後冷却される。これにより、隣接する太陽電池セル１の表面電極１３と裏面電極１６とがそれぞれインターコネクタ２によって電気的に接続される（第３工程）。このようにして隣接する太陽電池セル１同士がインターコネクタ２によって電気的に接続されて太陽電池モジュールが作製される。

なお、本発明において、熱６としては、たとえば赤外線および熱風の少なくとも一方を加えることができる。

図７に、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によって製造された太陽電池モジュールの一例の受光面側の模式的な平面図を示す。また、図８に、図７に示す太陽電池モジュールの裏面側の模式的な平面図を示す。図９に、図７および図８に示す太陽電池モジュールのＩＸ−ＩＸに沿った模式的な断面図を示す。なお、図９においては、主要な部分のみを記載しており、その他の部分の記載は説明の便宜のために省略している。

図７〜図９に示すように、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によって製造された太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池セル１のうち一方の太陽電池セル１の表面電極１３上に間欠に塗布されたフラックス１７を介してインターコネクタ２の一端が電気的に接続されているとともに、他方の太陽電池セル１の裏面電極１６にインターコネクタ２の他端が電気的に接続された構成となっている。

このように、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、太陽電池セルの電極の表面およびインターコネクタの表面の少なくとも一方にフラックスを間欠に塗布し、太陽電池セル全体を加熱することによって、太陽電池セルの電極とインターコネクタとを不連続に半田付けしている。

したがって、本発明においては、太陽電池セルの電極とインターコネクタとが不連続に接続されるため、従来のように太陽電池セルの電極の全体とインターコネクタとが電気的に接続されている場合と比べて、太陽電池セルとインターコネクタとの熱膨張係数差に起因して太陽電池セルに発生する内部応力をインターコネクタとの非接続部で緩和することができるため、太陽電池の反りを抑制することができる。

また、本発明においては、太陽電池セル全体が加熱されているため、特許文献１に開示されている方法と比べて、太陽電池セルの電気的な接続時において太陽電池セルが部分的に加熱されることに起因する太陽電池セルの局所的な熱膨張および熱収縮についても抑制することができる。

これにより、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、従来と比べて、太陽電池セルの割れの発生を大きく低減することができるのである。

また、本発明によって製造された太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルとインターコネクタとの熱膨張係数差に起因して太陽電池セルに発生する内部応力を緩和することができるため、太陽電池セルに生ずる反りが低減されるとともに、インターコネクタと太陽電池セルとの電気的な接続の信頼性も向上する。

また、本発明によって製造された太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルの反りが低減されるために太陽電池モジュール作製ラインの搬送系における搬送エラーや太陽電池セルの割れの発生を抑制することができる。また、太陽電池モジュールの作製のための樹脂封止工程における太陽電池セルの割れの発生も抑制することができるため、太陽電池モジュールの歩留まりと生産性が向上する。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法においては、半田で被覆されていない電極を有する太陽電池セルを用いた場合には、リフロー炉を用いた手法でも太陽電池セルの電極とインターコネクタとを部分的に接続することができる。

また、本発明においては、上記の第１工程、第２工程および第３工程をこの順序で複数回繰り返して太陽電池モジュールを製造することが好ましい。この場合には、製造された太陽電池モジュールのいずれの接続箇所においてもフラックスが間欠に塗布されて接続されることになるため、太陽電池モジュールを構成するいずれの太陽電池セルの割れの発生についても大きく低減することができる。

なお、上記においては、フラックスをインターコネクタの表面に間欠に塗布する場合について説明したが、本発明においては、フラックスを噴霧することにより太陽電池セルの電極の表面上にフラックスを間欠に塗布することもできる。この場合には、より正確な位置にフラックスを塗布することができる傾向が大きくなるため、太陽電池モジュールの生産効率を向上することができる。このフラックスの塗布方法は、たとえば図１０に示すように、太陽電池セル１を表面電極１３の長手方向に移動しながら噴霧器２１に取り付けられたノズル２２からフラックス１７を間欠に噴霧することによって実施することができる。

また、本発明においては、フラックスを噴霧することにより開口部を有するマスクを介して太陽電池セルの電極の表面上にフラックスを間欠に塗布することができる。この場合には、太陽電池セル１の表面電極１３の表面の複数箇所にフラックス１７を同時に塗布することができるため、太陽電池モジュールの製造効率が向上する傾向にある。このフラックスの塗布方法は、たとえば図１１に示すように、噴霧器２１に取り付けられた複数のノズル２２からそれぞれフラックス１７を同時に噴霧し、マスク２０に設けられた複数の開口部２３のそれぞれを通して太陽電池セル１の表面電極１３の表面上にフラックス１７を間欠に塗布することによって実施することができる。

また、本発明においては、太陽電池セルの電極の表面上にフラックスが付着した部材を押し付けることにより太陽電池セルの電極の表面上にフラックスを間欠に塗布することができる。この場合にも、太陽電池セル１の表面電極１３の表面の複数箇所にフラックス１７を同時に塗布することができるため、太陽電池モジュールの製造効率が向上する傾向にある。このフラックスの塗布方法は、たとえば図１２に示すように、支持台１８に間隔を空けて備えられた複数の突出部材１９のそれぞれの先端にフラックス１７を付着させ、支持台１８を下方に移動させて、太陽電池セル１の表面電極１３の表面に突出部材１９の先端のフラックス１７を接触させることによって実施することができる。

また、本発明において、フラックスは、インターコネクタのみに間欠に塗布してもよく
、太陽電池セルの電極のみに間欠に塗布してもよく、またはインターコネクタと太陽電池セルの電極の両方に間欠に塗布してもよい。ただし、インターコネクタと太陽電池セルの電極の両方にフラックスを間欠に塗布する場合には、太陽電池セルの電極とインターコネクタとを重ねた状態において、これらの界面でフラックスの塗布箇所が複数有り、それぞれのフラックスの塗布箇所の間に間隔が空いていることが必要となる。

また、本発明においては、フラックスの塗布面積および間欠に塗布されたフラックス間の間隔は、太陽電池セルの電極とインターコネクタとの接続部に集まる電流値があまり大きくならない範囲になるように設定されることが好ましく、フラックスの塗布面積およびフラックス間の間隔は、太陽電池セルの電極とインターコネクタとの各接続部に流れる電流値が６００ｍＡ以下となるように設定されることが好ましい。

また、本発明においては、太陽電池セル１の表面電極１３とインターコネクタ２との接続と同様に、フラックスを間欠に塗布することによって、太陽電池セル１の裏面電極１６のそれぞれの表面とインターコネクタ２とが部分的に接続されてもよい。

また、上記においては、インターコネクタ２の基材３の表面を半田４で被覆しているが、本発明においては、太陽電池セル側の接続部とインターコネクタ側の接続部の少なくとも一方が半田で被覆されていればよい。なお、本発明においては、フラックスを介して接続を行なうために、インターコネクタ側の接続部と太陽電池セル側の接続部のいずれか一方に半田が被覆されている必要がある。

（実施例１）
図６に示す太陽電池モジュールの製造装置を用いて、図７〜図９に示す構成を有する太陽電池モジュールを作製した。

具体的には、まず、図１に示す受光面および図２に示す裏面並びに図３に示す断面を有する太陽電池セル１をその受光面を上側にして、図６に示すステージ７上に設置する。ここで、太陽電池セル１の受光面および裏面はそれぞれ一辺が１２５ｍｍの正方形状であった。

次に、図６に示すインターコネクタ供給源９から、半田で表面が被覆されたリボン銅線からなるインターコネクタ２（幅が約１．５ｍｍ、厚さが約０．１５ｍｍ）を繰り出し、インターコネクタ２の上面には図示しない噴霧器によりフラックスを連続的に塗布し、インターコネクタ２の下面には噴霧器８により間欠にフラックスを塗布した。

ここで、フラックスは、インターコネクタ２の長手方向に沿った長さが約１０ｍｍとなるように塗布され、フラックス間の間隔が約１１ｍｍとなるように塗布された。

そして、フラックス塗布後のインターコネクタ２の一端の下面を太陽電池セル１の受光面の表面電極１３上に表面電極１３の長手方向に沿って設置し、太陽電池セル１の表面電極１３上にインターコネクタ２を重ねた状態で熱６を加え、その後冷却した。これにより、太陽電池セル１の表面電極１３とインターコネクタ２の一端の下面とを半田付けにより電気的に接続した。

続いて、そのインターコネクタ２の他端の上面上に上記の太陽電池セル１とは異なる他の太陽電池セル１の裏面電極１６を設置し、インターコネクタ２の他端の上面上に太陽電池セル１の裏面電極１３を設置した状態で熱６を加え、その後冷却した。これにより、他の太陽電池セル１の裏面電極１６とインターコネクタ２の他端の上面とを半田付けにより
電気的に接続した。

そして、上記の工程を繰り返し、１０個の太陽電池セル１を直列に電気的に接続して太陽電池モジュールを作製した。そして、このような構成の太陽電池モジュール（実施例１の太陽電池モジュール）を１０個作製した。

（比較例１）
インターコネクタ２の両面の全面にフラックスを塗布し、インターコネクタ２の一端の下面の全面と太陽電池セル１の表面電極１３の全面とを半田付けするとともに、インターコネクタ２の他端の上面と上記の太陽電池セル１とは異なる他の太陽電池セル１の裏面電極１６の全面とを半田付けしたこと以外は、実施例１と同様にして、１０個の太陽電池セル１が直列に電気的に接続された太陽電池モジュール（比較例１の太陽電池モジュール）を１０個作製した。

（評価）
上記のようにして作製した実施例１の太陽電池モジュールと比較例１の太陽電池モジュールにおいて、割れが発生している太陽電池セル１の数を数えた。

その結果、実施例１の太陽電池モジュールは、比較例１の太陽電池モジュールと比べて太陽電池モジュールを構成する太陽電池セル１の割れの発生が低減できていることが確認された。

したがって、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルに発生する割れを低減することができることが確認された。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの割れの発生を低減することができる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。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法に用いられる太陽電池セルの受光面の一例の模式的な平面図である。 図１に示す太陽電池セルの裏面の一例の模式的な平面図である。 図１および図２に示す太陽電池セルのＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造方法に用いられるインターコネクタの一例の模式的な平面図である。 図４に示すインターコネクタのＶ−Ｖに沿った模式的な断面図である。 本発明に用いられる太陽電池モジュールの製造装置の一例の模式的な構成を示す図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造方法によって製造された太陽電池モジュールの一例の受光面側の模式的な平面図である。 図７に示す太陽電池モジュールの裏面側の模式的な平面図である。 図７および図８に示す太陽電池モジュールのＩＸ−ＩＸに沿った模式的な断面図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造方法における第１工程の他の一例を図解するための図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造方法における第１工程の他の一例を図解するための図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造方法における第１工程の他の一例を図解するための図である。

符号の説明

１ 太陽電池セル、２ インターコネクタ、３ 基材、４ 半田、５ 折り曲げ機、６
熱、７ ステージ、８，２１ 噴霧器、９ インターコネクタ供給源、１０ 半導体基板、１１ ｎ+層、１２ 反射防止膜、１３ 表面電極、１４ 金属電極、１５ ｐ+層、１６ 裏面電極、１７ フラックス、１８ 支持台、１９ 突出部材、２０ マスク、２２ ノズル、２３ 開口部。

Claims (6)

1. 太陽電池セルの電極の表面およびインターコネクタの表面の少なくとも一方にフラックスを間欠に塗布する第１工程と、
   前記第１工程後に前記太陽電池セルと前記インターコネクタとを前記フラックスを介して重ねる第２工程と、
   前記第２工程後に前記太陽電池セルと前記インターコネクタとを重ねた状態で加熱することによって前記太陽電池セルの電極と前記インターコネクタとを電気的に接続する第３工程と、
   を含む、太陽電池モジュールの製造方法。
2. 前記第１工程、前記第２工程および前記第３工程をこの順序で複数回繰り返すことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
3. 前記第１工程において、前記フラックスを噴霧することにより前記太陽電池セルの電極の表面上に前記フラックスを間欠に塗布することを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記第１工程において、開口部を有するマスクを介して前記フラックスを噴霧することにより前記太陽電池セルの電極の表面上に前記フラックスを間欠に塗布することを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記第１工程において、前記フラックスは前記太陽電池セルの電極の表面上に前記フラックスが付着した部材を押し付けることにより前記フラックスを間欠に塗布することを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記第１工程において、前記フラックスは複数箇所に同時に塗布されることを特徴とする、請求項３から５のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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