JP2009182245A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】並列接続された太陽電池素子を有する太陽電池モジュールにおいて、製造歩留りを向上する。
【解決手段】互いに隣り合う太陽電池素子２−１，２−２と、隣り合う太陽電池素子２−１，２−２の夫々の第１面側電極１０ａに導電性接着材によって接着された第１面側接続部材１２と、隣り合う太陽電池素子２−１，２−２の夫々の第２面側電極１１ａに導電性接着材によって接着された第２面側接続部材１３と、を備え、隣り合う太陽電池素子間２−１，２−２の間隔１４を挟んで対向する第１面側接続部材１２の表面と第２面側接続部材１３の表面との間に配されたバリア部材１５を有する、太陽電池モジュール。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気的に並列接続された複数の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールに関する。

従来、複数の太陽電池素子を電気的に並列接続してなる太陽電池素子群を有し、この太陽電池素子群を複数電気的に直列接続して構成した太陽電池モジュールが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

図７は、斯かる従来の太陽電池モジュールの概略平面図である。また、図８は太陽電池素子の接続構造を説明するための図であり、同図（ａ）は概略平面図、同図（ｂ）は概略断面図である。

従来の太陽電池モジュール１００は、接続部材１０１，１０２によって互いに電気的に並列接続された太陽電池素子１０３−１，１０３−２，１０３−３からなる太陽電池素子群１０４を有している。そして、太陽電池素子群１０４を２段直列接続し、且つこの２段直列接続した太陽電池素子群を４列並列に配置している。そして、２段直列接続した太陽電池素子群１０４の夫々の両端部を共通に接続し、それぞれの入出力端子としている。

上記太陽電池素子群１０４を構成する太陽電池素子１０３−１，１０３−２，１０３−３は、図９に示すように、所定長さの間隔１０５−１，１０５−２を隔てて配列されている。そして、各太陽電池素子１０３−１，１０３−２，１０３−３の夫々の表面に設けられた表面側電極（図示せず）には表面側の接続部材１０１が半田付けされている。また、各太陽電池素子１０３−１，１０３−２，１０３−３の夫々の裏面に設けられた裏面側電極（図示せず）には裏面側の接続部材１０２が半田付けされている。そしてこれら接続部材１０１，１０２によって、各太陽電池素子１０３−１，１０３−２，１０３−３は互いに電気的に並列に接続されている。
特開２００３−０８６８１９号公報

図７及び図８に示すように、従来の太陽電池モジュール１００では、太陽電池素子群１０４中の隣り合う太陽電池素子１０３−１，１０３−２間の間隔１０５−１、及び太陽電池素子１０３−２，１０３−３間の間隔１０５−２において、表面側の接続部材１０１と裏面側の接続部材１０２とが、同図（ａ）の紙面垂直方向から見て重なるように配置されている。また、接続部材１０１，１０２としては、一般に半田によって表面が覆われた銅の薄板が用いられている。

このため、この接続部材１０１，１０２を表面側電極或いは裏面側電極に半田付けする際に、溶融した半田が隣り合う太陽電池素子１０３−１，１０３−２間、及び太陽電池素子１０３−２，１０３−３間に存在する間隔１０５−１，１０５−２に流れ込む場合がある。このため、従来は間隔１０５−１，１０５−２に流れ込んだ半田を介して接続部材１０１，１０２間、或いは接続部材１０１，１０２と各太陽電池素子１０３−１，１０３−２，１０３−３との間、或いは太陽電池素子１０３−１，１０３−２間，１０３−２、１０３−３間で不所望な短絡或いはリークが生じる可能性があった。そして、このような短絡やリークが生じると、太陽電池モジュールの出力が低下し、製造歩留まりが低下する可能性があった。

そこで、本発明は、太陽電池モジュールの製造歩留まりを向上させることを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールは、互いに隣り合う太陽電池素子と、隣り合う太陽電池素子の夫々の第１面側電極に導電性接着材によって接着される第１面側接続部材と、隣り合う太陽電池素子の夫々の第２面側電極に導電性接着材によって接着される第２面側接続部材と、を備え、隣り合う太陽電池素子間の間隔を挟んで対向する第１面側接続部材の表面と第２面側接続部材の表面との間に配されたバリア部材を有する。

また、前記バリア部材は、前記導電性接着材の融点よりも高い融点を有している。

さらに、第１面側接続部材及び第２面側接続部材は、表面が導電性接着材によって被覆されている。

また、第１面側接続部材及び第２面側接続部材のうちバリア部材が配される側の接続部材は、隣り合う陽電池素子の夫々の第１面側電極または第２面側電極に接着される第１接続部材と、第１接続部材を接続する第２接続部材とを有する。

本発明によれば、品質不良の発生を極力防止し、製造歩留まりを向上させることが可能な太陽電池モジュールを提供することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に斯かる太陽電池モジュールにつき、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの概略平面図、図２は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの要部拡大平面図、図３は本実施形態における太陽電池素子の平面図であり、同図（ａ）は第１面側から見た平面図、同図（ｂ）は第２面側から見た平面図である。また、図４は本実施形態における太陽電池素子間の接続構造を説明するための概略断面図、図５は図４の要部拡大断面図、図６は本実施形態における太陽電池素子間の接続を説明するための概略断面図である。

本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、互いに電気的に並列接続される太陽電池素子２―１，２−２から構成される複数の太陽電池素子群３−１，３−２と、この太陽電池素子２―１，２−２の第１面側及び第２面側に夫々配された第１面側保護材４及び第２面側保護材５と、太陽電池素子２―１，２−２を封止するように第１面側保護材４及び第２面側保護材５の間に充填された充填材６と、を有している。尚、太陽電池モジュール１の外周を囲むように枠体を設けても良い。

尚、以下では説明を簡単にするために、第１面側を裏面側、第２面側を受光面側として説明する。

本実施形態では、第２面側保護材５は、太陽電池構成体３の受光面側に配され、ガラスや透光性プラスチック等の透光性を有する部材から構成される。また、第１面側保護材４は、受光面側とは反対側の裏面側に配される保護材であり、ガラスや透光性プラスチックの他、樹脂フィルム、金属箔の両面を樹脂フィルムでサンドイッチした構成の積層フィルム等の部材から構成される。

充填材６は、第１面側保護材４と第２面側保護材５との間に太陽電池構成体３を封止する。充填材６は、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）やポリビニルブチラール等の熱可塑性樹脂から構成される。

互いに隣り合って配列された太陽電池素子群３−１，３−２は、互いに電気的に直列接続されてストリング７−１を構成し、そして複数のストリング７−１，・・・，７−６が並列配置されている。隣り合うストリング７−１，・・・，７−６の間は、第１の配線材８，８，・・・によって互いに電気的に接続されており、両端に位置するストリング７−１，７−６の一端には出力取り出し用の第２の配線材９ａ，９ｂが接続されている。この第２の配線材９ａ，９ｂの他端は例えば図示しない端子ボックスに接続されており、端子ボックスを介して出力が外部に取り出される。

以下に、太陽電池素子２−１，２−２の接続構造について詳細に説明する。

太陽電池素子２−１，２−２は、光の入射により光生成キャリア（電子・正孔対）を生成することができる光電変換部を有している。光電変換部はｐｎ接合、ｐｉｎ接合等の半導体接合を有する半導体材料から構成することが出来る。光電変換部は、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体やＧａＡｓ等の化合物半導体、非晶質シリコン、微結晶シリコン、ＣｕＩｎＳｅ、ＣｄＴｅ等の薄膜半導体等、従来周知の半導体材料を単独、或いは組み合わせて構成することができる。

光電変換部は、一の極性（ｐ型又はｎ型）を有する第１面と、他の極性（ｎ型又はｐ型）を有する第２面を有しており、第１面上及び第２面上には夫々第１面側電極１０及び第２面側電極１１が設けられている。

図３（ａ）に示すように、第１面側電極１０は、例えば接続電極１０ａと、フィンガー電極１０ｂとを有し、光電変換部に光を透過可能な形状に構成されている。フィンガー電極１０ｂは光電変換部の第１面の略全面にわたって並列に配された細線状の電極であり、光電変換部で生成された光生成キャリアを収集する。接続電極１０ａは、後述する第１面側接続部材１２が接着される電極である。接続電極１０ａは、フィンガー電極１０ｂと交差するように設けられており、フィンガー電極１０ｂで収集された光生成キャリアを収集する機能も有している。接続電極１０ａ及びフィンガー電極１０ｂの数や寸法は、太陽電池素子の大きさ等を考慮して適宜設定される。

また、第２面側電極１１も、第１面側電極１０と同様に、第２面側接続部材１３が接着される接続電極１１ａと、フィンガー電極１１ｂとを有する形状に構成されている。

尚、本実施形態において裏面側に配される第１面側電極１０は、上記のような光透光可能な構造に限らず、種々の構成をとることができる。

図４に示すように、隣り合う太陽電池素子２−１，２−２は、所定長さの間隔１４を隔てて配列され、一の極性を有する第１面側が第１面側保護材４に対向し、他の極性を有する第２面側が第２面側保護材５に対向するように配されている。夫々の太陽電池素子２−１，２−２の第１面に設けられた接続電極１０ａの上面には、導電接着材によって第１面側接続部材１２が接着されている。また、夫々の太陽電池素子２−１，２−２の第２面に設けられた接続電極１１ａの上面には、導電性接着材によって第２面側接続部材１３が接着されている。このようにして隣り合う太陽電池素子２−１，２−２は互いに電気的に並列接続されている。

第１面側接続部材１２及び第２面側接続部材１３は、いずれも銅の薄板等からなる金属製の芯材と、この芯材の表面を覆うように形成された半田等の導電性接着材とを有している。そして、隣り合う太陽電池素子２−１，２−２夫々の第１面の接続電極１０ａの上面上及び第２面の接続電極１１ａの上面上に、夫々第１面側接続部材１２、第２面側接続部材１３を載置した状態で導電性接着材の溶融温度以上の温度を加える。この工程により導電性接着材を溶融し、次いで冷却することにより、第１面側接続部材１２及び第２面側接続部材１３を夫々接続電極１０ａ，１１ａに接着している。

ここで、本実施形態の太陽電池モジュール１では、隣り合う太陽電池素子２−１，２−２の間の間隔１４を挟んで対向する第１面側接続部材１２の表面と第２面側接続部材１３の表面との間にバリア部材１５を設けたことを特徴としている。具体的には、バリア部材１５を、第１面側接続部材１２の間隔１４に対向する表面と、太陽電池素子２−１，２−２の第１面との間に設けてある。そして、このバリア部材１５は、第１面側接続部材１２の幅以上の幅を有し、第１面側接続部材１２が配される位置と対応する位置に、隣り合う太陽電池素子２−１，２−２夫々の第１面における間隔１４側の周縁部上に跨るように設けてある。

バリア部材１５は、第１面側接続部材１２の表面を覆うように形成された導電性接着材の融点より高い融点を有する材料から構成されている。例えば導電性接着材として半田を用いる場合には、バリア部材１５はポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド等の材料から構成することができる。これらの材料の融点は夫々約２５０℃、約２２５℃、約２８５℃であり、半田の融点（約２２０℃）よりも高い。また、これ以外にもセラミック材料或いは高融点金属等の導電性接着材の融点よりも高い融点を有する材料を用いることもできる。従って、第１面側接続部材１２を隣り合う太陽電池素子２−１，２−２の夫々の第１面の接続電極１０ａ，１０ａの表面上に接着する際の熱により溶融した導電性接着材は、バリア部材１５によって遮られ、間隔１４に流れ込むことを抑制することができる。従って、溶融した半田を介した不所望の短絡、或いはリークを抑制することができるので、製造歩留りを向上させることができる。

尚、本実施形態においては、バリア部材１５を、第１面側接続部材１２と間隔１４との間にのみ設けてある。このため第１面側及び第２面側接続部材１２，１３の接着時には、第２面側接続部材１３を下方とし、その上方に太陽電池素子２−１，２−２、及び第１面側接続部材１２を配置し、そして上下から加熱して接着するようにすると良い。このようにすることで、接着時に溶融した第２面側接続部材１３の表面の導電性接着材が間隔１４に流れ込むことを抑制することができる。

また、本実施形態において、バリア部材１５の幅は、第１面側接続部材１２の幅以上であれば良い。従って、複数の第１面側接続部材１２の夫々に対応するように複数のバリア部材１２を設けても良いし、複数の第１面側接続部材１２に対し、連続する一つのバリア部材１５を設けるようにしても良い。

また、本実施形態において、バリア部材１５の厚みは、第１面側電極１０の接続電極１０ａの厚み以下とすると良い。このようにすることで、第１面側接続部材１２を接続電極１０ａの上面の全面に接着することができるので、第１面側接続部材１２と接続電極１０ａとの接着強度を高めることができる。

また、本実施形態においてはバリア部材１５を第１面側接続部材１２と間隔１４との間に設けたが、バリア部材１５を設ける位置はこれに限るものではない。例えば第１面側接続部材１２と間隔１４との間及び第２面側接続部材１３と間隔１４との間の両方に設けるようにしても良い。このようにすることで、両接続部材１２，１３の接着時に夫々の表面から流れ出す導電性接着材が間隔１４に流れ込むことをより確実に抑制することができる。

また、本実施形態においてはバリア部材１５を隣り合う太陽電池素子２−１，２−２夫々の第１面における間隔１４側の周縁部上に跨るように設けたが、バリア部材１５を設ける位置はこれに限らず、間隔１４を挟んで対向する第１面側接続部材１２の表面と第２面側接続部材１３の表面との間であれば良い。例えば、太陽電池素子２−１，２−２の間隔１４を挟んで互いに対向する側面の間にバリア部材を設けても良い。このようにすることで、間隔１４がバリア部材１５により埋められるので、溶融した導電性接着材が間隔１４に流れ込むことを抑制することができる。尚、この場合にはバリア部材１５を絶縁性の材料から構成すると良い。このようにすることで、バリア部材１５を介した太陽電池素子２−１，２−２間の短絡或いはリークを抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールにおける、太陽電池素子間の接続構造を説明するための概略断面図である。

本実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１面側接続部材が、隣り合う太陽電池素子２−１，２−２夫々の接続電極１０ａの上面に接着される第１接続部材１６ａ，１６ａと、第１接続部材１６ａ及び１６ａを電気的に接続するための第２接続部材１６ｂとを有する点にある。

このような構成であっても、第１面側接続部材から溶融する導電性接着材が間隔１４に流れ込むことを、バリア部材１５によって抑制することができる。従って、間隔１４に流れ込んだ導電性接着材によって生じる太陽電池素子２−１，２−２間の短絡或いはリークを抑制することができるので、製造歩留りを向上させることができる。

また、本実施形態によれば、間隔１４と、この間隔１４に対向する第１面側接続部材（本実施形態にあっては第２接続部材１６ａ）の表面との間の距離を、第１実施形態よりも大きくできるので、第１面側接続部材から溶融した導電性接着材が間隔１４内に入り込むことを、より抑制することができる。このため、間隔１４内に入り込んだ導電性接着材を介する短絡・リークをより一層抑制することができる。

また、バリア部材１５の厚さを第１の接続部材１６ａの厚み以下にすることにより、第２接続部材１６ｂを第１の接続部材１６ａの上面に密着性良く接着することができるので、製造歩留りを一層向上させることが可能となる。

尚、本実施形態においては図６に示すように、第１面側接続部材が第２接続部材１３において第１面側保護材４側に凸となる形状を有することになる。このため、第１面側保護材４を樹脂フィルム等の柔軟性を有する材料から構成するようにすると良い。このようにすることで、モジュール化工程において第２接続部材１３に加わる圧力を、第１面側保護材３により低減することができる。この結果、第１面側接続部材１６を介して太陽電池素子２−１，２−２に加わる圧力を低減することができるので、太陽電池素子２−１，２−２の割れや欠け或いはクラックの発生を抑制することができ、製造歩留りの低下を抑制することができる。

尚、上記第１及び第２実施形態では、第１面を裏面、第２面を受光面として説明したが、本発明では第１面を受光面、第２面を裏面とした太陽電池モジュールにおいても同様に適用できるということはいうまでもない。

第１実施形態に係る太陽電池モジュールの概略平面図である。 図１の要部拡大平面図である。 本発明に係る太陽電池素子を説明する図である。 第１実施形態に係る太陽電池素子間の接続構造を説明するための概略断面図である。 図４の要部拡大断面図である。 第２実施形態に係る太陽電池素子間の接続構造を説明するための概略断面図である。 従来の太陽電池モジュールの概略平面図である。 従来の太陽電池素子間の接続構造を説明するための図である。

符号の説明

１ 太陽電池モジュール
２−１，２−２ 太陽電池素子
３−１，３−２ 太陽電池素子群
４ 第１面側保護材
５ 第２面側保護材
６ 充填材
７ ストリング
１２ 第１面側接続部材
１３ 第２面側接続部材
１４ 間隔
１５ バリア部材

Claims (4)

1. 互いに隣り合う太陽電池素子と、
   前記隣り合う太陽電池素子の夫々の第１面側電極に導電性接着材によって接着された第１面側接続部材と、
   前記隣り合う太陽電池素子の夫々の第２面側電極に導電性接着材によって接着された第２面側接続部材と、を備え、
   前記隣り合う太陽電池素子間の間隔を挟んで対向する前記第１面側接続部材の表面と第２面側接続部材の表面との間に配されたバリア部材を有する、太陽電池モジュール。
2. 前記バリア部材は、前記導電性接着材の融点よりも高い融点を有している、請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第１面側接続部材及び第２面側接続部材は、表面が前記導電性接着材によって被覆されている、請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第１面側接続部材及び第２面側接続部材のうち前記バリア部材が配される側の接続部材は、前記隣り合う陽電池素子の夫々の第１面側電極または第２面側電極に接着される第１接続部材と、前記第１接続部材を接続する第２接続部材とを有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
   

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