JP2009206231A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
受光面側から見える配線を見えなくするためのマスクを備えた太陽電池モジュールの製造工程において、配線とマスクの位置合わせが難しいため、配線に対してマスクが位置ずれした場合、配線の一部が太陽電池モジュールの受光面側から視認され、美観が損なわれるという問題があった。
【解決手段】
透光性基板７と透光性基板７上に設けられた透光性樹脂８と、透光性樹脂８上に設けられたマスク２ａ、２ｂと、透光性樹脂８上に設けられた複数の太陽電池素子３と、この太陽電池素子３と接続されており、ホットメルト接着剤２１によりマスク２ａ、２ｂと接着された配線とを有する太陽電池モジュール。
【選択図】 図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。

近年、太陽光を光電変換し電力をつくり出す太陽電池モジュールは様々なところで利用されている。このような太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子が配線により電気的に接続されてなる。このような太陽電池素子は、透光性樹脂によって封止されている。複数の太陽電池素子間を接続する配線は、平面視で配線と重なるように遮光部を備えている。
特開２００５−７９１７０号公報

しかしながら、上述した従来の太陽電池モジュールは、製造工程上、複数の太陽電池素子間を電気的に接続した配線に対し、遮光部の位置合わせが難しいという問題があった。仮に、配線に対して遮光部が位置ずれした場合、配線の一部が太陽電池モジュールの受光面側から視認され、美観が損なわれる。また、このような太陽電池モジュールは、信頼性の向上も求められている。

本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板上に設けられた透光性樹脂と、透光性樹脂上に設けられたマスクと、透光性樹脂上に設けられた複数の太陽電池素子と、複数の太陽電池素子を電気的に接続しており、ホットメルト接着剤によりマスクと接着された配線と、を有する。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、複数の太陽電池素子間を接続する複数の接続部材上に配線を載置する工程と、複数の接続部材上に載置された配線上に、ホットメルト接着剤とマスクとを配置する工程と、ホットメルト接着剤を加熱し、マスクと配線とを接着する工程と、マスクに接着された配線を有するストリングを積層体上に配置する工程と、を有する。

本発明は、上述のような構造により、安価で耐候性能の優れた太陽電池モジュールを提供できる。
また、本発明は、上述のような工程により、位置ズレを低減した太陽電池モジュールを簡易に作製できる。

本発明の太陽電池モジュール及びその製造方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

≪太陽電池モジュール≫
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールを示す受光面側平面図である。図２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分解断面図である。

本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池素子３が透光性基板７と裏面材１０との間で、透光性樹脂８と裏面樹脂９とにより封止された太陽電池パネルからなる。複数の太陽電池素子３は、配線（タブ配線４、横配線１１、出力配線１２）により互いに電気的に接続されている。図１において太陽電池パネルの外周部には、モジュール枠５が嵌め込まれている。

また、本実施形態の太陽電池モジュール１は、透光性樹脂８上に設けられたマスク２ａ、２ｂを有する。 透光性基板７としては、例えば、屋外環境から太陽電池素子３を保護する機能を有するガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。ガラス板については、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。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

透光性樹脂８と裏面樹脂９は、太陽電池素子３やタブ配線４、横配線１１、出力配線１２などを封止し、固定、保護する機能を有しており、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと略す）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から成り、Ｔダイと押し出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。また裏面樹脂９に用いるＥＶＡやＰＶＢは透明でも構わないし、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ酸化チタンや顔料等を含有させ白色や黒色等に着色させても構わない。

裏面材１０は、水分の透過率を低減させるためアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。また裏面材１０も太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ顔料等を含有させ白色や黒色等に着色させても構わない。

太陽電池素子３は、図３に示すような外観を有し、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の基板１３で作られることが多い。この太陽電池素子３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１４とフィンガー電極１５は、銀ペーストなどの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。このフィンガー電極１５は幅０．１〜０．２ｍｍ程度で、光生成キャリヤーを収集するため、太陽電池素子２の辺と平行におよそ２〜４ｍｍの間隔で多数本形成される。またバスバー電極１４は収集された光キャリヤーを集電し、タブ配線４を取り付けるために幅１〜３ｍｍ程度で、フィンガー電極１５と垂直に交わるように２〜３本程度形成される。なお、バスバー電極１４の表面は、その保護と接続導体を取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされることもある。このようなバスバー電極１４とフィンガー電極１５は、太陽電池素子３の裏面（非受光面）側にも同様に形成されている。

配線（タブ配線４、横配線１１、出力配線１２）は、例えば銅やアルミニウム等の厚さ０．１〜０．８ｍｍ程度のリボン状金属箔の表面に共晶ハンダ等からなるハンダを表面全面に片面２０〜７０μｍ程度、メッキやディピング等によりコートされたものを適当な長さに切断して用いられる。

またタブ配線４の幅は、ハンダ付け時にタブ配線４自身により太陽電池素子３の受光面に影を作らないように、太陽電池素子３の受光面側バスバー電極２１の幅と同じかそれ以下とされる。その長さは、２つの太陽電池素子の受光面側と裏面のバスバー電極にほぼ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に用いられるタブ配線４の幅は、１〜３ｍｍ程度、長さは２５０〜３００ｍｍ程度である。タブ配線４が太陽電池素子の受光面側と裏面のバスバー電極にほぼ重なるようにするのは、光発電時における太陽電池素子３の抵抗成分を低減するためである。

マスク２ａ、２ｂは、透光性樹脂８と配線（タブ配線４、横配線１１、出力配線１２）の間に配置され、上述のようにハンダでコーティングされることにより金属光沢で光りやすい配線を受光面側から見えなくすることにより、太陽電池モジュールを設置される周囲の環境に馴染ませる等のその外観を良好なものにする機能を有している。

本実施形態に係るマスク２ａ、２ｂは、配線と接する側の面にホットメルト接着剤が塗布されている。

図４はマスク２ａとタブ配線４、横配線１１を示す断面図である。図４においてマスク２ａは、着色されたＰＥＴシート等からなり、タブ配線４が接着される側の面にスプレーや刷毛などでホットメルト接着剤２１が塗布されたものである。ここで、本実施形態のホットメルト接着剤２１とは、配線のハンダ付け前は固体で接着力は無く、ハンダ付け時の温度上昇で流動性が生じ、ハンダ付け後冷却されることにより固化、接着する機能を有するものをいう。発明者らが繰り返し行ったテストでは、ホットメルト接着剤２１としては、軟化点が８５℃〜１６０℃程度、引張強度が１５ｋｇ／ｃｍ²以上のものがよい。このようなホットメルト接着剤２１は、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合物系、ポリオレフィン系、ポリアミド系の接着剤からなる。特に、透光性樹脂８および裏面樹脂９にＥＶＡを使用した場合、ＥＶＡ系のホットメルト接着剤を使用すると、後のラミネート工程で、ホットメルト接着剤と透光性樹脂８と裏面樹脂９とを一体化し、マスク２ａ、２ｂを封止でき、太陽電池モジュールの耐候性能をより向上できる。また、ポリオレフィン系のホットメルト接着剤では、耐熱性、耐寒性に優れるため、熱帯や寒冷地での長期間での屋外での使用においても接着力が低下しにくい安定した太陽電池モジュールとなる。また、ポリアミド系ホットメルト接着剤では化学的安定性に優れているため、水分の浸入や塩分の浸入の可能性のある水上や海岸部に設置される太陽電池モジュールにおいても好適に使用可能である。

また、マスク２ａ、２ｂの片面にホットメルト接着剤２１を塗布したことにより、ハンダ付け時の温度上昇により配線（タブ配線４、横配線１１、出力配線１２）にマスク２ａ、２ｂを強固に接着することが可能となる。マスク２ａ、２ｂを透光性樹脂８と配線（タブ配線４、横配線１１、出力配線１２）の間に配置する場合、マスク２ａ、２ｂと配線の間の封止が不完全になり、この部分に気泡が残りやすい。このため、一般的にはマスク２ａ、２ｂと同形状のＥＶＡなどの封止用樹脂シートをマスク２ａ、２ｂと配線の間に配置させるが、本実施形態の太陽電池モジュールでは、このような封止用樹脂シートをマスク２ａ、２ｂと配線の間に配置しない場合でも、気泡の発生を低減でき、安価で外観の優れた太陽電池モジュールの提供が可能となる。

また、マスク２ａがホットメルト接着剤２１により接着されることにより、ＥＶＡなどの封止用樹脂シートにより接着される場合と比べて、モジュール端部側を薄くできる。このため、モジュール端部から水分（湿度）がモジュール内部に浸入しにくくなり、耐候性能を低下させにくい。

≪太陽電池モジュール製造方法≫
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について図面を参照して詳細に説明する。

＜準備工程＞
まず所定の数の太陽電池素子３をタブ配線４により直線状に接続し、ストリングを作製する。図５は、タブ配線４により接続された２つの太陽電池素子を示しており、図５（ａ）は受光面側の平面図、図５（ｂ）はバスバー電極部分の長手方向の断面図を示す。

図５（ａ）（ｂ）に示すように、第1の太陽電池素子３ａの受光面に形成された受光面側バスバー電極１４上には、タブ配線４ａがハンダ付けされている。また第1の太陽電池素子３ａの裏面に形成された裏面側バスバー電極１８上にもタブ配線４ｂの一端部がハンダ付けされている。このタブ配線４ｂの他端部は、隣接する第２の太陽電池素子３ｂの受光面側バスバー電極上にハンダ付けされている。さらに第２の太陽電池素子３ｂの裏面に形成された裏面側バスバー電極上にも、タブ配線４ｃがハンダ付けされている。ストリングは、この様にタブ配線４により隣接する太陽電池素子の電極間が接続されてなる。

また上述の透光性基板７上に、この透光性基板７とほぼ同寸法に切断した透光性樹脂８を載置し、積層体を準備する。

さらに片面側にホットメルト接着剤２１が塗布されたシートを所定の寸法に切断してマスク２ａを準備する。このマスク２ａは太陽電池モジュールの横配線１１や出力配線１２のある対向する２つの辺に配置するため２枚準備する。又所定の寸法に切断された横配線１１と出力配線１２を準備する。

＜マスクとストリングと横配線と出力配線とを配置する工程＞
図６は、マスク２ａとストリング１７と横配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃと出力配線１２とを配置した状態を示した平面図であり、図７はストリング１７ａ、１７ｂの接続状態を示すための拡大図である。

まず作業台上にホットメルト接着剤２１が塗布された面側を上にして、概略定められた位置にマスク２ａを配置する。その後複数のストリング１７を太陽電池素子３の受光面側を下にしてマスク２ａ上の定められた位置に配置する。その後、横配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃと出力配線１２とをマスク２ａ上に配置する。図７に示すように、複数のストリング１７ａ、１７ｂ間の接続は、横配線１１ａにより行なう。図７において、複数のストリング１７ａ、１７ｂは各々所定間隔をあけて逆方向に平行に並べられており、横配線１１ａは、ストリングの端部の太陽電池素子３の電極に繋がるタブ配線４上に配置されている。またストリング１７ａのうち、横配線１１ａと反対側の端部に配置された太陽電池素子３には、太陽電池素子で発生した光電力を太陽電池モジュール外部に導出するための出力配線１２が配置される。さらにストリング１７ｂの横配線１１ｃは、その横に配置される別のストリングの端部の太陽電池素子３に繋がるタブ配線４に接続されるように配置される。この様にストリング１７ａの端部に位置する太陽電池素子３と、隣接するストリング１７ｂの端部に位置し、ストリング１７ａの端部の太陽電池素子３と対向する位置の太陽電池素子３とを横配線１１ａを介して電気的に接続するように横配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃは配置される。

この様にマスク２ａとストリング１７と横配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃと出力配線１２とを配置した状態で、マスク２ａがストリング１７端部の太陽電池素子に掛からず、横配線１１ａ、１１ｂ、１１ｃと出力配線１２とを全て覆う位置に調整する。

＜マスクと横配線、出力配線とを接着する工程＞
上記の様に所定の位置に正確に位置決めされたマスク２ａとストリング１７と横配線１１と出力配線１２において、各接続点をハンダコテなどでハンダ付けしていく。例えば図７において、ストリング１７ａの端部の太陽電池素子３の電極に繋がるタブ配線４上の横配線１１ａにおいて、このタブ配線４と横配線１１ａが交わる点をハンダ付けする。同様に全てのタブ配線４と横配線１１をハンダ付けする。またタブ配線４と出力配線１２の交わる点においても同様にハンダ付けしていく。

この時、ハンダ付け時の熱で一番下側にあるマスク２ａの、ハンダ付けを行なった上記接続点直下のホットメルト接着剤２１は溶融し、その後ハンダ付け後冷却により固化し、マスク２ａと横配線１１と出力配線１２と接着されることとなる。

発明者らが繰り返し行ったテストでは、ストリング１７と横配線１１と出力配線１２のハンダ付けによるホットメルト接着剤２１の加熱は、２００℃以上２５０℃以下の温度で５秒以上１０秒以下の時間で行なわれることが望ましい。２００℃以上の温度又は５秒以上の加熱時間とすることによりホットメルト接着剤２１を十分に加熱でき、マスク２ａと横配線１１、出力配線１２の接着が後の作業でも強固となる。また２５０℃以下の温度又は１０秒以下の加熱時間とすることにより、ホットメルト接着剤２１の劣化を低減し、マスク２ａと横配線１１、出力配線１２の接着を強固として、マスク２ａの熱による収縮等変形を低減できる。

図８は、作業台上にマスク２ａとストリング１７と横配線１１とを配置した状態を示した断面図である。図８において、ストリング１７は、２５は作業台、太陽電池素子が上方に配置される貫通孔２６ａと、マスク２ａが上方に配置される貫通孔２６ｂと、冷却管２７とを備える作業台２５上に置かれている。

図８において、作業台２５は、マスク２ａとストリング１７と横配線１１と出力配線１２で、マスク２ａ及びストリング１７の太陽電池素子を作業台上に固定しておく吸着手段を備える。このような吸着手段としては、例えば、作業台２５のマスク２ａの載置される部分とストリング１７の太陽電池素子の載置される部分に直径１〜３ｍｍ程度の複数の貫通孔２６ａ、２６ｂを設け、この貫通孔２６ａ、２６ｂを真空ポンプなどの減圧手段に繋げる。さらにこの貫通孔２６ａ、２６ｂと減圧手段の間には電磁弁などが設けられ貫通孔２６ａ、２６ｂを必要に応じ減圧できるようにしておく。この様にすることによって、上記のようにマスク２ａとストリング１７を所定の位置に位置決めした後、電磁弁を開きマスク２ａとストリング１７を作業台２５上に吸着、固定することが可能となる。これによりハンダ付け時にマスク２ａやストリング１７が動き、マスク２ａが所定の位置からずれにくくできる。

また作業台２５のうちマスク２ａの載置される部分は金属板であることが望ましい。金属板としては、例えば銅やアルミニウムなどの熱伝導性の良い金属板で作製されることが望ましい。これによりハンダ付け時の温度を速やかに吸収、伝導、分散でき、マスク２ａの温度が局部的に上昇することを低減でき、マスク２ａが熱による影響で収縮等変形することを低減することができる。なお作業台２０においては、マスク２ａの載置される部分のみを金属板で作製し、ストリング１７の載置される部分を太陽電池素子が割れやカケが発生しないようにフッ素樹脂などの樹脂で作製してもよい。

さらにマスク２ａが載置されるこの金属板は、ハンダ付け前に予め冷却される構造としてもよい。このような構造としては、例えばマスク２ａが載置される直下の部分の金属板内部に冷却管２２を設け、この内部に冷却水を通す構造がある。このような構造とすることにより、作業台２５で連続して上記のハンダ付け作業を行なった場合でも、作業台２５の温度上昇を低減でき、マスク２ａが熱による影響で収縮等変形することをより低減できる。

更に図９はマスク２ａへの熱の影響を少なくするための別の方法として、吸熱板を使用したものを示す。図９（ａ）は吸熱板２８を示す斜視図であり、図９（ｂ）は吸熱板２８を使用したハンダ付け部分を示す断面図である。図９（ｂ）において、吸熱板２８は、貫通孔２９を有する。

吸熱板２８は、銅やアルミニウムなどの熱伝導性の良い厚さ５〜１０ｍｍ程度の金属板で作製され、ハンダ付け部分には貫通孔２９が設けられている。この吸熱板を位置決めされたマスク２ａとストリング１７と横配線１１と出力配線１２の上に被せるように載置する。その後吸熱板に設けられた貫通孔２９の中で上述のようにハンダ付けを行なう。これによってハンダ付け時の熱は、吸熱板２８により吸収されマスク２ａのハンダ付け部分以外にほとんど広がることは無くマスク２ａが熱による影響で収縮等変形することを低減することができる。

＜マスクが接着された配線を有するストリングを、積層体上に配置する工程＞
その後、上記のようにマスク２ａが接着されたタブ配線４と横配線１１とを有するストリング１７を、上述の透光性基板７上に透光性樹脂８を載置した積層体上に所定の位置に配置する。このマスク２ａが接着されたタブ配線４と横配線１１を有するストリング１７の載置は、複数の人間により接続された複数のストリング１７を同時に持ち上げる方法で行なっても良いが、例えば、複数の吸着パッドを具備したアームで太陽電池素子の各々を同時に持ち上げるように自動化することも可能である。

その後図２に示すように、透光性基板７上と透光性樹脂８とマスクが接着された配線を有するストリングの重畳された積層体上に裏面樹脂９及び裏面材１０を順次積層する。このような状態にして、ラミネーター装置にセットし、減圧下にて加圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間加熱することにより、これらが一体化して太陽電池パネルを作製する。

以上のような工程で本実施形態に係る太陽電池モジュールが完成する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えばハンダ付けに使用するハンダは、共晶ハンダの他、実質的に鉛を含まない鉛フリーハンダでも応用可能である。

本実施形態に係る太陽電池モジュールを示す受光面側平面図である。 図１に示す太陽電池モジュールの太陽電池パネルの分解断面図である。 本実施形態に係る太陽電池素子を示す受光面側平面図である。 マスク、タブ配線と横配線との積層関係を示す断面図である。 図５（ａ）はタブ配線により接続された２つの太陽電池素子を示す受光面側の平面図、図５（ｂ）はタブ配線により接続された２つの太陽電池素子のバスバー電極の長手方向の断面図を示す。 マスクとストリングと横配線と出力配線とを配置した状態を示した平面図である。 図６の部分拡大図である。 作業台上にマスクとストリングと横配線とを配置した状態を示した断面図である。 図９（ａ）は吸熱板を示す斜視図であり、図９（ｂ）は吸熱板を使用したハンダ付け部分を示す断面図である。

符号の説明

１；太陽電池モジュール
２ａ、２ｂ；マスク
３、３ａ、３ｂ；太陽電池素子
４、４ａ、４ｂ、４ｃ；タブ配線
７；透光性基板
８；透光性樹脂
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ；横配線
１７、１７ａ、１７ｂ；ストリング
２１；ホットメルト接着剤

Claims (10)

1. 透光性基板と、
   前記透光性基板上に設けられた透光性樹脂と、
   前記透光性樹脂上に設けられたマスクと、
   前記透光性樹脂上に設けられた複数の太陽電池素子と、
   前記複数の太陽電池素子と電気的に接続されており、ホットメルト接着剤により前記マスクと接着された配線と、
   を有する太陽電池モジュール。
2. 前記ホットメルト接着剤が、エチレン酢酸ビニル共重合物系の接着剤であ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. 前記ホットメルト接着剤が、ポリオレフィン系の接着剤であ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。
4. 前記ホットメルト接着剤が、ポリアミド系の接着剤であ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。
5. 複数の太陽電池素子が複数の接続部材により電気的に接続されてなるストリングと、透光性基板および透光性樹脂を含む積層体と、ホットメルト接着剤と、マスクと、配線と、を準備する工程と、
   前記ストリングの前記複数の接続部材上に前記配線を載置する工程と、
   前記複数の接続部材上に載置された前記配線上に、前記ホットメルト接着剤と前記マスクとを配置する工程と、
   前記ホットメルト接着剤を加熱し、前記マスクと前記配線とを接着する工程と、
   前記マスクに接着された前記配線を有する前記ストリングを、前記積層体上に配置する工程と、を有する太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記ホットメルト接着剤の加熱は、２００℃〜２５０℃で５秒〜１０秒行われることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記ホットメルト接着剤を加熱する工程において、前記配線を作業台に吸着させることを特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
8. 前記ホットメルト接着剤を加熱する工程において、前記マスクを金属板上に載置することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
9. 前記マスクのうち前記配線と接着される部分を、前記金属板上に載置することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
10. 前記金属板を予め冷却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の製造方法。

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