JP2009111122A - Solar cell module and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は太陽電池モジュールとその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solar cell module and a manufacturing method thereof.
従来の太陽電池モジュールは、透光性基板と、透光性基板上に載置されたエチレンビニルアセテート共重合体(以下EVAと略する)からなるシートと、シート上に載置された複数の太陽電池素子と、複数の太陽電池素子上に配置されており、EVAのシートとフッ素樹脂などの耐候性樹脂よりなる裏面シートと、を有する。
上述の太陽電池モジュールは、さらなる普及が期待されている中において、発電効率を向上させることが重要となっている。この発電効率の向上に関しては、太陽電池素子に入射される光量を向上させることや、太陽電池素子の信頼性を向上させることが重要である。 In the above-described solar cell module, it is important to improve power generation efficiency while further spread is expected. Regarding the improvement of the power generation efficiency, it is important to improve the amount of light incident on the solar cell element and to improve the reliability of the solar cell element.
本発明は係る問題点に鑑みなされたものであり、その目的は発電効率が高く信頼性が高い太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a solar cell module having high power generation efficiency and high reliability and a method for manufacturing the same.
本発明に係る太陽電池モジュールは、受光面と、前記受光面の裏面とを有する透光性基板と、前記透光性基板の前記裏面に設けられた太陽電池素子と、前記太陽電池素子を封止する封止材とを備える。 A solar cell module according to the present invention seals a light-transmitting substrate having a light-receiving surface and a back surface of the light-receiving surface, a solar cell element provided on the back surface of the light-transmitting substrate, and the solar cell element. And a sealing material to be stopped.
また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、受光面と前記受光面の裏面とを有する透光性基板と、太陽電池素子と、封止材とを準備する工程と、前記透光性基板の前記裏面に前記太陽電池素子を配置する工程と、前記透光性基板の前記裏面に配置された前記太陽電池素子を前記封止材で封止する工程と、を有する。 The method for manufacturing a solar cell module according to the present invention includes a step of preparing a translucent substrate having a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, a solar cell element, and a sealing material, and the translucent substrate. The step of disposing the solar cell element on the back surface of the substrate, and the step of sealing the solar cell element disposed on the back surface of the translucent substrate with the sealing material.
本発明に係る太陽電池モジュールは、透光性基板の裏面に配置された太陽電池素子を有する。すなわち、太陽電池素子の受光面は、透光性基板の裏面に接した状態で配置される。このため、透光性基板と太陽電池素子との間における光の吸収が低減され、発電効率の高い太陽電池モジュールの提供が可能となる。 The solar cell module which concerns on this invention has a solar cell element arrange | positioned at the back surface of a translucent board | substrate. That is, the light receiving surface of the solar cell element is disposed in contact with the back surface of the translucent substrate. For this reason, absorption of the light between a translucent board | substrate and a solar cell element is reduced, and it becomes possible to provide a solar cell module with high power generation efficiency.
また、本発明に係る太陽電池モジュール製造方法では、EVAを軟化、溶融して一体化させる温度よりも低温で太陽電池素子の封止を行える。従って、太陽電池素子の電極とシリコン基板との接着強度の低下を低減でき、信頼性の高い太陽電池モジュールとすることができる。 Moreover, in the solar cell module manufacturing method according to the present invention, the solar cell element can be sealed at a temperature lower than the temperature at which EVA is softened, melted and integrated. Therefore, a decrease in the adhesive strength between the electrode of the solar cell element and the silicon substrate can be reduced, and a highly reliable solar cell module can be obtained.
以下、本発明の太陽電池モジュールの実施形態について添付図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the solar cell module of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
《太陽電池モジュール》
本実施形態の太陽電池モジュールは、受光面1aと受光面の裏面1bとを有する透光性基板1と、太陽電池素子2と、太陽電池素子2を封止する封止材3とからなる。太陽電池モジュールは、透光性基板1上に複数の太陽電池素子2が配置されており、複数の太陽電池素子2が封止材により封止された構造を有する。
(First embodiment)
<Solar cell module>
The solar cell module of the present embodiment includes a
図1は、本実施形態の太陽電池モジュールの平面図(受光面側)である。図1において、太陽電池モジュールは、透光性基板1と複数の太陽電池素子2間が接続タブ4により電気的に接続されてなるストリングとからなる太陽電池パネルと、太陽電池パネルの外周に設けられたモジュール枠5と、を有する。
FIG. 1 is a plan view (light-receiving surface side) of the solar cell module of the present embodiment. In FIG. 1, a solar cell module is provided on the outer periphery of a solar cell panel composed of a
透光性基板1には、ガラスや透明な樹脂製の基板が用いられる。ガラス板としては、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る。また、透光性基板1として樹脂が用いられる場合、太陽電池モジュールの軽量化が可能となる。樹脂は、アクリルやポリ塩化ビニル、ポリカーボネイト、PET(ポリエチレンテレフタレート)などである。特にアクリルが用いられる場合、光透過率が高いため太陽電池モジュールの発電効率に優れる。このような透光性基板1は、例えば厚みが5mm程度の平板が用いられる。
As the
図2は、本実施形態の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子2の受光面側の平面図である。図3は、受光面側と裏面側のバスバー電極25に接続タブ4が接続された太陽電池素子2の受光面側の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the light receiving surface side of the
本実施形態の太陽電池素子2は、半導体基板21と、半導体基板21の受光面に形成されたバスバー電極25と、バスバー電極25に電気的に接続されたフィンガー電極26とを有する。バスバー電極25は、フィンガー電極26の光キャリアを集電する機能を有しており、表面に接続タブ4が接続される。バスバー電極25の表面にハンダがコートされている場合、バスバー電極25の保護を行えるとともに、接続タブ4の取り付けが行いやすくなる。
The
本実施の形態の太陽電池素子2は、透光性基板1の裏面1bに配置されている。図4は、図1に示した太陽電池モジュールの太陽電池パネルの断面図である。本実施の形態の太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子2は、図4に示すように、受光面が透光性基板1の裏面1bに密着した状態である。従って、太陽電池素子3と透光性基板1との間において光の吸収がされにくい。従って、太陽電池モジュールの光発電効率が向上する。
The
図2、3において、フィンガー電極26は、バスバー電極25と垂直に交わっており、太陽電池素子2の辺と平行に複数本半導体基板21に形成されている。太陽電池素子2の表面にフィンガー電極26が複数形成されることで、光生成キャリヤの収集効率が向上する。バスバー電極25とフィンガー電極26は、太陽電池素子2の裏面(非受光面)側にも同様に形成されている。
2 and 3, the
このような太陽電池素子2は、例えば、厚み0.2〜0.4mm程度、大きさ150〜160mm角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。太陽電池素子2の内部には、ボロンなどのP型不純物を多く含んだP層とリンなどのN型不純物を多く含んだN層が接しているPN接合が形成されている。バスバー電極25とフィンガー電極26とは、銀などを主成分とする導電ペーストをスクリーンプリントすることなどにより形成される。フィンガー電極26の幅は、例えば0.1〜0.2mm程度であり、複数のフィンガー電極26間は、およそ2〜4mmの間隔である。また、接続タブ4が取り付けられるバスバー電極25は、幅1〜3mm程度で、2〜3本程度、半導体基板21に形成される。
Such a
封止材3は、太陽電池素子2を保護し、封止する機能を有しており、透光性基板1上に配置された太陽電池素子2上に配置される。太陽電池素子2上に封止材3が配置されることにより、太陽電池モジュールの裏面側から力が加わっても、太陽電池セル2の割れなどを低減でき、さらに湿度などから太陽電池素子2を保護する。
The sealing
このような封止材3は、太陽電池素子2をモールドするため、固化する前の状態では、流動性を有する。封止材3は、経時変化や加熱、紫外線の照射により、固化するものが用いられる。本実施の形態に用いられる紫外線硬化樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂が挙げられる。また、経時変化で硬化する樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂が挙げられる。また、熱硬化型の樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。特にモールド後6〜24時間程度で経時変化により固化するシリコーン樹脂が用いられた場合、モールド後に加熱などの処理を施す必要がないため工数を減らすことができる。さらに、シリコーン樹脂が用いられた場合、透湿性が低いため、太陽電池モジュールの耐候性能の面からも好適に用いることができる。
Since such a sealing
このような封止材3は、太陽電池素子2をモールドするため、固化する前の状態では、流動性を有する。封止材3は、経時変化や加熱、紫外線の照射により、固化するものが用いられる。本実施の形態に用いられる封止材3は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシアクリレート樹脂などである。特にモールド後6〜24時間程度で経時変化により固化するシリコーン樹脂が用いられた場合、モールド後に加熱などの処理を施す必要がないため工数を減らすことができる。さらに、シリコーン樹脂が用いられた場合、透湿性が低いため、太陽電池モジュールの耐候性能の面からも好適に用いることができる。
Since such a sealing
接続タブ4は、複数の太陽電池素子2間を電気的に接続する機能を有する。図3に示す接続タブ4は、一端部が太陽電池素子2の受光面側バスバー電極5上にハンダ付けされている。また、接続タブ4の他端部は、隣接する別の太陽電池素子の裏面側バスバー電極にハンダ付けされており、隣接する太陽電池素子間は電気的に接続されている。
The
このような接続タブ4は、例えば、銅やアルミニウムのような低抵抗の太陽電池素子接続用配線材の表面に、ハンダが70μm程度、メッキやディピングによりコートされてなる。接続タブ4の幅は、バスバー電極25にハンダ付けされる時に、接続タブ3が太陽電池素子2の受光面に影を作らないように、バスバー電極25の幅と同じかそれ以下である。また、接続タブ4の長さは、隣り合う太陽電池素子間を接続し、隣り合う太陽電池素子のバスバー電極25に重なる長さを有する。150mm角程度の多結晶シリコン太陽電池素子が使用される場合、接続タブ3の幅は1〜3mm程度、厚さは0.1〜0.3mm程度、その長さは240〜300mm程度である。図3に示すように、接続タブ3が太陽電池素子2のバスバー電極25のほぼ全てに重なるように配置された場合、太陽電池素子の抵抗成分が少なくなる。
Such a
本実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの周囲に設けられたモジュール枠5を備える。このモジュール枠5は、太陽電池パネルを補強する役割や、架台等に取り付ける役割を有している。図1において、モジュール枠5は、太陽電池パネルの長辺側に沿った長辺フレームと、短辺側に沿った一対の短辺フレームとからなり、それらを互いにねじ止めして結合した構成となっている。このモジュール枠5は例えばアルミニウムの押出成型品などからなる。
The solar cell module of the present embodiment includes a
《太陽電池モジュールの製造方法》
図5、6は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの構造と製造方法を示すものである。
<< Solar Cell Module Manufacturing Method >>
5 and 6 show the structure and manufacturing method of the solar cell module according to this embodiment.
本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は次の手順で行なわれる。 The manufacturing method of the solar cell module according to the present embodiment is performed according to the following procedure.
(ア)受光面1aと裏面1bとを有する透光性基板1と、太陽電池素子3と、固化する前の封止材13とを準備する。
(A) A
(イ)透光性基板1の裏面1bに太陽電池素子3を配置する。
(A) The
(ウ)透光性基板1の裏面1bに配置された太陽電池素子3を、固化する前の封止材13で封止する。
(C) The
従来の太陽電池モジュール製造方法では、透光性基板上に各部材を重畳し、この積層体をこのような太陽電池モジュールは、ラミネーターと呼ばれる装置により、減圧下で加熱し、押圧されることにより、EVAが軟化、溶融して一体化される。このため、工程中に太陽電池素子の温度がEVAが軟化、溶融、架橋する温度(120〜160℃程度)まで上昇することとなり、太陽電池素子の電極とシリコン基板との接着強度が低下することがあった。本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、経時変化等で封止樹脂13が硬化するため、太陽電池素子2の封止を45℃以下で行なうことが可能となり、太陽電池素子2の電極とシリコン基板との接着強度の低下を防ぐことが可能となる。また、太陽電池素子に生じる割れやクラックも低減できる。
In a conventional solar cell module manufacturing method, each member is superimposed on a light-transmitting substrate, and this solar cell module is heated and pressed under reduced pressure by a device called a laminator. EVA is softened, melted and integrated. For this reason, the temperature of the solar cell element rises to a temperature (about 120 to 160 ° C.) at which the EVA softens, melts, and crosslinks during the process, and the adhesive strength between the electrode of the solar cell element and the silicon substrate decreases. was there. In the manufacturing method of the solar cell module of the present embodiment, the sealing
本実施の形態の工程(イ)において、透光性基板1は、作業台上の型15の内部に嵌入されている。また、透光性基板1上には、接続タブ4により接続された複数の太陽電池素子2からなるストリングが載置される。型15は、例えば、厚さ1〜3mm程度、幅30〜50mm程度のステンレスやアルミニウムなどの板を溶接やネジ止めなどで作製された額縁状のものが用いられる。また、型15の大きさは、型15の内寸15tが透光性基板1の外形寸法1tより0.5〜2mm程度大きくなるように作製される。このような型15は、前述した太陽電池モジュールの枠5としても用いることができる。本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、封止樹脂13を型15の内部に注入するため、シート状の封止樹脂裏面シートを用いることが無い。このため多様なサイズの太陽電池モジュールを製造する場合、各々の太陽電池モジュールのサイズに対応した封止材のEVAのシートや裏面シートを準備する必要がなくなる。さらに、本実施の形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、封止樹脂13を型15の内部に注入するため、シート状の封止樹脂裏面シートを用いることが無い。このため封止材のEVAのシートや裏面シートなどの各部材を所定の位置に重畳する必要がないため、工数を減らすことが可能となる。
In the process (A) of the present embodiment, the
また、本実施の形態の工程(ウ)において、太陽電池素子2の封止は、注入機14より型15の内部に固化前の封止材13が吐出、注入されることで行われる(図6)。この時、太陽電池素子2を衝撃や湿度の浸入から保護するため、太陽電池素子2の厚みより固化前の封止材13の厚みを厚くする。固化前の封止材13は、例えば、太陽電池素子2の裏面側から3〜15mm程度の厚みを有する。太陽電池素子2上に注入された後、封止材13は固化される。
In the step (c) of the present embodiment, sealing of the
工程(ウ)で用いられる注入機14は、その内部に封止材13を溜め、窒素などのガス圧と電磁弁により、注入機14の先端から封止材13を吐出する。注入機14が、シーケンサーなどで制御されたサーボーモーターなどで所定の速度で複数の方向に自在に駆動された構成である場合、型材11の内部に均一に封止材12を塗布しやすい。
The
型15を枠5として用いない場合は、工程(ウ)の後、封止材12が固化した後、型15の内面の封止材をカッターナイフなどで切り離し、型15を抜き取る。その後、太陽電池パネルの外周にモジュール枠4をはめ込みモジュール枠の4隅をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。
When the mold 15 is not used as the
(第2の実施の形態)
本発明の太陽電池モジュールの第2の実施の形態について図7、図8を用いて説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the solar cell module of the present invention will be described with reference to FIGS.
図7は、第2の実施の形態の太陽電池モジュールに用いられる透光性基板10を示す斜視図であり、図8は図7に示す透光性基板10が用いられた太陽電池モジュールの断面図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a
本実施の形態において、透光性基板10のうち太陽電池素子2が配置される側の面には、複数の突出部16が設けられている。太陽電池素子2は、隣接する突出部16間に載置される。このように、透光性基板10が、裏面側に突出する複数の突出部16を有しており、太陽電池素子2が、透光性基板10の隣接する突出部16間(図7のスペース16sの底16b)に固定されることにより、太陽電池素子2の位置決めを容易とすることができる。
In the present embodiment, a plurality of projecting
ここで、本実施の形態において太陽電池素子2が配置される透光性基板10の「裏面」は、突出部16間のスペース16の底16bをいう。隣接する突出部16間の幅は、太陽電池素子の辺の長さの同程度とされる。
Here, the “back surface” of the
このような突出部16は、例えば、ガラスや樹脂の平板にガラスやアクリルなどの樹脂を所定の大きさに切断して、透明接着剤で貼り付けることで作成される。また、透明樹脂を射出成型することにより透光性基板1と共に作製することが安価に作製する方法もある。このようなまた突出部16は、図7のような棒状のものでなく、太陽電池素子2を点で支える半球状のものであっても良い。
《太陽電池モジュールの製造方法》
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は次の手順で行なわれる。
<< Solar Cell Module Manufacturing Method >>
The manufacturing method of the solar cell module of this embodiment is performed in the following procedure.
まず作業台上の型15の内部に図7に示す透光性基板10を嵌入する。
First, the
次に型15内部の透光性基板1の複数の突出部16間に、接続タブ3により接続された複数の太陽電池素子2を載置する。接続タブ3が、太陽電池素子の上面の電極と、隣接する太陽電池素子の下面の電極との間に接続されている場合は、図7のX方向に接続タブ3により直列接続された複数の太陽電池素子が載置される。また、バックコンタクト型の太陽電池素子の場合は、接続タブ3により図7のY方向に直列接続された複数の太陽電池素子が載置される。いずれの場合も、複数の太陽電池素子2の各々の2側面が、突出部16により保持される。
Next, a plurality of
その後、注入機14より型15の内部に固化する前の封止材13を吐出、注入して、太陽電池素子2の裏面を封止材13で封止することで太陽電池モジュールとなる。
Then, the sealing
(第3の実施の形態)
本発明の太陽電池モジュールの第3の実施の形態について図9、図10を用いて説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the solar cell module of the present invention will be described with reference to FIGS.
図9は、第3の実施の形態の太陽電池モジュールに用いられる透光性基板20を示す斜視図であり、図10は図9に示す透光性基板20が用いられた太陽電池モジュールの断面図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a
本実施の形態において、透光性基板20のうち太陽電池素子2が配置される側の面には、複数の突出部26が設けられている。本実施の形態の突出部26は、第2の実施の形態に示した突出部16よりも、大きい。
In the present embodiment, a plurality of projecting
本実施の形態において、太陽電池素子2は、突出部26上に載置される。太陽電池素子2が突出部26に直接載置されていることにより、太陽光は、太陽電池モジュール外(一般的には大気)から太陽電池素子2に到達するまでに透光性基板20のみを通過する。従って、全反射等により太陽電池素子に入射せず太陽電池モジュール外へ出射される光量を低減できる。
In the present embodiment, the
ここで、本実施の形態において太陽電池素子2が配置される透光性基板20の「裏面」とは、突出部26の表面(図10の上面)26bをいう。
Here, the “back surface” of the
(第4の実施の形態)
本発明の太陽電池モジュールの第4の実施の形態について図11、図12を用いて説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the solar cell module of the present invention will be described with reference to FIGS.
図11は、第4の実施の形態の太陽電池モジュールに用いられる透光性基板30を示す斜視図であり、図12は図10に示す透光性基板30が用いられた太陽電池モジュールの断面図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a
本実施の形態において、透光性基板30のうち太陽電池素子2が配置される側の面には、複数の突出部36が設けられている。太陽電池素子2の端部は、複数の突出部36上に直接載置される。
In the present embodiment, a plurality of projecting
本実施の形態において、複数の突出部36間のスペース36sには、封止材13が回り込む。このように、太陽電池素子2が透光性基板30の突出部36上に設けられることにより、太陽電池モジュールの受光面側の外観を良好にすることができる。また、突出部36の高さを調整することで、封止材3の厚みを任意の厚さに設定することが可能となる。従来のEVAシートなどの厚みより突出部36の高さが低くされることで、封止材の光吸収を低く抑えることができ、発電効率を向上できる。
In the present embodiment, the sealing
このような突出部36の大きさは、例えば、高さ0.3〜3mm程度で幅4〜8mm程度、長さは太陽電池素子の辺の長さ差の40〜60%程度である。
The size of the protruding
また、本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法においては、型15内部の透光性基板30の突出部36上に、接続タブ3により接続された複数の太陽電池素子2が載置される。また、固化前の封止材13が、太陽電池素子2より3〜15mm程度高く注入されることで、太陽電池素子2を衝撃や湿度の浸入から保護できる。
Moreover, in the manufacturing method of the solar cell module of the present embodiment, the plurality of
また、固化前の封止材13が複数の突出部36間のスペース36sに回りこみ易いように、予め太陽電池素子2を載置する前の透光性基板1上に突出部36の高さの30〜70%程度まで固化前の封止材13を注入しておき、その後、太陽電池素子3を突出部36上に載置し、再度、固化前の封止材13を注入して、太陽電池素子2を封止しても良い。
Further, the height of the
また透光性基板30の突出部36は、太陽電池素子2の裏面側の2辺だけでなく、4辺すべてで載置されても良い。また突出部36は図11のような棒状のものでなく、太陽電池素子2を点で支える半球状のものであっても良い。
Further, the protruding
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及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適用可能である。またモジュール枠を付けずにフレームレスタイプのモジュールとして使用することも可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Many corrections and changes can be added within the scope of the present invention. For example, the solar cell element is not limited to a crystalline solar cell such as a single crystal or polycrystalline silicon, and can be applied to a thin film solar cell. Further, it can be used as a frameless type module without a module frame.
1;透光性基板
2;太陽電池素子
4;モジュール枠
1;
Claims (12)
前記透光性基板の前記裏面に設けられた太陽電池素子と、
前記太陽電池素子を封止する封止材と、
を備えた太陽電池モジュール。 A translucent substrate having a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface;
A solar cell element provided on the back surface of the translucent substrate;
A sealing material for sealing the solar cell element;
Solar cell module with
前記透光性基板の前記裏面に前記太陽電池素子を配置する工程と、
前記透光性基板の前記裏面に配置された前記太陽電池素子を前記封止材で封止する工程と、
を有する太陽電池モジュールの製造方法。 Preparing a light transmissive substrate having a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, a solar cell element, and a sealing material;
Arranging the solar cell element on the back surface of the translucent substrate;
Sealing the solar cell element disposed on the back surface of the translucent substrate with the sealing material;
The manufacturing method of the solar cell module which has.
前記透光性基板を、前記枠の内部に配置する工程と、をさらに有することを特徴とする請求項8または9に記載の太陽電池モジュール製造方法。 Preparing the frame;
The method for manufacturing a solar cell module according to claim 8, further comprising a step of disposing the translucent substrate inside the frame.
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