JP2010016246A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の反りや割れの発生を抑制できる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１００において、配線材１１の一端部は、配列方向Ｈに沿って、一の太陽電池１０の受光面１０Ａ上に接続され、配線材１１の他端部は、配列方向Ｈに沿って、一の太陽電池１０の裏面１０Ｂ上に接続される。一の太陽電池１０を受光面１０Ａ側から見た平面視において、配線材１１の一端部の幅は、他の太陽電池１０から離れるに従って狭い。
【選択図】図３

Description

本発明は、配線材により互いに接続された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

一般的に、太陽電池１枚当りの出力は数Ｗ程度である。従って、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。

太陽電池モジュールは、受光面側保護材と裏面側保護材との間において、封止材によって封止された複数の太陽電池を備える。

複数の太陽電池は、配列方向に沿って配列され、配線材によって互いに電気的に接続される。具体的には、配線材は、一の太陽電池の受光面上と、一の太陽電池に隣接する他の太陽電池の裏面上とに配列方向に沿って配置される（例えば、特許文献１参照）。配線材の平面形状は長方形であり、配列方向における配線材の端面は、配列方向に対して直交する。
特開２００２−３５９３８８号公報

ここで、配線材の線膨張係数（銅の線膨張係数：約１７×１０^−６（1/K））は、半導体基板の線膨張係数（Siの線膨張係数：約３．４×１０^−６（1/K））よりも大きい。そのため、配線材を太陽電池に熱接着する際の温度変化に応じて、配線材には内部応力が発生する。

このような内部応力は、配線材の配列方向端部に向かうほど大きい。従って、太陽電池は、配列方向における配線材の一端との接点において、配線材の内部応力の影響を最も大きく受ける。その結果、配列方向における配線材の一端と太陽電池との接点を起点として、太陽電池に割れが発生しやすいという問題があった。

一方で、太陽電池には、配線材の内部応力の影響によって反りが発生しやすい。このような反りは、配線材の内部応力が一端に向かうほど大きくなるため、太陽電池のうち配線材の一端と接する部分において特に大きくなるという問題があった。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、太陽電池の反りや割れの発生を抑制できる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールは、第１保護材と第２保護材との間に封止され、配線材によって互いに電気的に接続された第１太陽電池及び第２太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、第１太陽電池と第２太陽電池とは、配列方向に沿って配列され、配線材の一端部は、配列方向に沿って、第1太陽電池の主面上に接続され、配線材の他端部は、配列方向に沿って、第２太陽電池の主面上に接続されており、第１太陽電池を主面側から見た平面視において、配線材の一端部の幅は、第２太陽電池から離れるに従って狭いことを要旨とする。

このように、配線材の一端部は、例えば、配列方向に沿ってテーパー状に形成されている。すなわち、配列方向に直交する切断面における配線材の断面積は、配線材の一端に向かうに従って小さくなる。そのため、配線材を第１太陽電池に熱接着する際の温度変化に応じて発生する配線材の内部応力は、配線材の一端に向かうに従って小さくなる。その結果、配線材の一端を起点として第１太陽電池に割れが発生することを抑制できる。

本発明の特徴において、第２太陽電池を主面側から見た平面視において、配線材の他端部の幅は、第１太陽電池から離れるに従って狭くてもよい。

本発明の特徴において、配線材の平面形状は、略平行四辺形であってもよい。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法は、第１保護材と第２保護材との間に封止され、配線材によって互いに電気的に接続された第１太陽電池及び第２太陽電池を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、金属線を所定の方向に沿って所定の長さに切断することによって、配線材を形成する工程Ａと、第1太陽電池の主面上に配線材の一端部を接続する工程Ｂと、第２太陽電池の主面上に配線材の他端部を接続する工程Ｃとを備え、工程Ａにおいて、金属線を切断する所定の方向は、金属線の長手方向に直交する短手方向と交差する方向であることを要旨とする。

本発明によれば、太陽電池の反りや割れの発生を抑制できる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。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。

（太陽電池モジュールの構成）
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る太陽電池モジュール１００の側面図である。

太陽電池モジュール１００は、太陽電池ストリング１、受光面側保護材２、裏面側保護材３及び封止材４を備える。

太陽電池ストリング１は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に封止材４によって封止される。太陽電池ストリング１は、複数の太陽電池１０と、複数の配線材１１とを備える。各太陽電池１０は、各配線材１１それぞれによって互いに電気的に接続される。太陽電池ストリング１の詳細な構成については後述する。

各太陽電池１０は、受光面側保護材２と対向する受光面と、受光面の反対側に設けられ、裏面側保護材３と対向する裏面とを有する。各太陽電池１０は、配列方向Ｈに沿って配列される。太陽電池１０の詳細な構成については後述する。

受光面側保護材２は、各太陽電池１０の受光面側に配置され、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。

裏面側保護材３は、各太陽電池１０の裏面側に配置され、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルムなどを用いることができる。

封止材４は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間で太陽電池ストリング１を封止する。封止材４としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。

なお、このような太陽電池モジュール１００の外周には、Ａｌフレーム（不図示）を取り付けることができる。

（太陽電池の構成）
以下において、実施形態に係る太陽電池１０の構成について図面を参照しながら説明する。図２（ａ）は、太陽電池１０を受光面側から見た平面図である。図２（ｂ）は、太陽電池１０を裏面側から見た平面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０、細線電極３０及び接続用電極４０を備える。また、太陽電池１０は、太陽光を受光する受光面１０Ａと、受光面１０Ａの反対側に設けられる裏面１０Ｂとを有する。受光面１０Ａ及び裏面１０Ｂそれぞれは、太陽電池１０の主面である。細線電極３０及び接続用電極４０は、太陽電池１０の受光面１０Ａ上及び裏面１０Ｂ上において同様に櫛型状に形成される。

光電変換部２０は、受光により光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、太陽光が光電変換部２０に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。光電変換部２０は、ｐｎ型接合或いはｐｉｎ接合などの半導体接合を内部に有する。光電変換部２０は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ等の結晶系半導体材料、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体材料等の一般的な半導体材料などを用いて形成することができる。

細線電極３０は、光電変換部２０から光生成キャリアを収集する収集電極である。細線電極３０は、光電変換部２０上において、配列方向Ｈと略直交する方向に沿って複数本形成される。細線電極３０は、例えば、樹脂型導電性ペーストや焼結型導電性ペースト（セラミックペースト）などで形成できる。なお、細線電極３０の寸法及び本数は、光電変換部２０の大きさや物性などを考慮して適当な本数に設定することができる。例えば、光電変換部２０の寸法が約１００ｍｍ角である場合には、約５０本の細線電極３０を形成できる。なお、太陽電池１０の裏面１０Ｂには、細線電極３０に替えて、裏面１０Ｂ全面を覆う集電電極を形成してもよい。

接続用電極４０は、配線材１１を接続するための電極である。接続用電極４０は、光電変換部２０上において、配列方向Ｈに沿って形成される。接続用電極４０は、樹脂型導電性ペーストや焼結型導電性ペースト（セラミックペースト）などで形成できる。なお、接続用電極４０の寸法及び本数は、光電変換部２０の大きさや物性などを考慮して、適当な本数に設定することができる。例えば、光電変換部２０の寸法が約１００ｍｍ角である場合には、約１．５ｍｍ幅の接続用電極４０を２本形成できる。

ここで、本実施形態に係る接続用電極４０は、配列方向に沿ってテーパー状に形成される。すなわち、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、接続用電極４０の平面形状は三角形である。この形状は、後述する配線材１１の形状に対応するように設定されている。

（太陽電池ストリングの構成）
以下において、実施形態に係る太陽電池ストリング１の構成について図面を参照しながら説明する。図３（ａ）は、太陽電池ストリング１を受光面側から見た平面図である。図３（ｂ）は、太陽電池ストリング１を裏面側から見た平面図である。

図３に示すように、各配線材１１は、一の太陽電池１０と一の太陽電池１０に隣接する他の太陽電池１０とに電気的に接続される。具体的には、配線材１１の一端部は、配列方向Ｈに沿って、一の太陽電池１０の受光面１０Ａ上に形成された接続用電極４０（図２（ａ）参照）に接続される。また、配線材１１の他端部は、他の太陽電池１０の裏面１０Ｂ上に形成された接続用電極４０（図２（ｂ）参照）に接続される。これによって、一の太陽電池１０と他の太陽電池１０とは、電気的に直列に接続される。なお、配線材１１は、各太陽電池１０間において、太陽電池モジュールの厚み方向に折り曲げられている（図１参照）。

ここで、本実施形態に係る配線材１１の一端部は、配列方向に沿ってテーパー状に形成されていることに留意すべきである。具体的には、配線材１１の一端部の幅は、図３（ａ）に示すように、一の太陽電池１０を受光面側から見た平面視において、他の太陽電池１０から離れるに従って狭くなっている。

また、本実施形態に係る配線材１１の他端部は、配列方向に沿ってテーパー状に形成されていることに留意すべきである。具体的には、配線材１１の他端部の幅は、図３（ｂ）に示すように、他の太陽電池１０を受光面側から見た平面視において、一の太陽電池１０から離れるに従って狭くなっている。

配線材１１は、例えば、低抵抗体と、低抵抗体の外周を覆う導電体とによって構成される。低抵抗体としては、薄板状または縒り線状の銅、銀、金、錫、ニッケル、アルミニウム、或いはこれらの合金などを用いることができる。導電体としては、鉛フリー半田メッキや錫メッキなどを用いることができる。配線材１１は、樹脂接着剤や半田などを用いて接続用電極４０に接続される。なお、後述するように、配線材１１の平面形状は、略平行四辺形である。

（太陽電池モジュールの製造方法）
次に、太陽電池モジュール１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

まず、金属線を切断方向Ｓに沿って切断することによって、配線材１１を形成する。具体的には、図４（ａ）に示すように、筒状のボビン５０に巻かれた金属線１２を、複数のローラ５１によって、引出し方向Ａに沿って所定量引き出す。続いて、金属線１２を切断刃５２によって切断する。当該工程を繰返すことにより、図４（ｂ）に示すように、所定の長さｌの配線材１１が連続して形成される。なお、同図に示すように、金属線１２を切断する切断方向Ｓは、金属線１２の長手方向Ｎに直交する短手方向Ｔと交差する方向である。従って、配線材１１の平面形状は、略平行四辺形に形成される。

次に、配線材１１の一端部を一の太陽電池１０の受光面１０Ａ上に接続するとともに、配線材１１の他端部を他の太陽電池１０の裏面１０Ｂ上に接続する。具体的には、半田付けなどによって、配線材１１を接続用電極４０に接着する。当該工程を繰返すことにより、図３に示す太陽電池ストリング１が形成される。

次に、ガラス基板（受光面側保護材２）上に、ＥＶＡ（封止材４）シート、太陽電池ストリング１、ＥＶＡ（封止材４）シート及びＰＥＴシート（裏面側保護材３）を順次積層して積層体を形成する。続いて、積層体を上下から加熱圧着することにより、ＥＶＡを硬化させる。以上により、太陽電池モジュール１００が製造される。

なお、太陽電池モジュール１００には、端子ボックスやＡｌフレーム等を取り付けることができる。

（作用及び効果）
実施形態に係る太陽電池モジュール１００において、配線材１１の一端部は、配列方向Ｈに沿って、一の太陽電池１０の受光面１０Ａ上に接続され、配線材１１の他端部は、配列方向Ｈに沿って、一の太陽電池１０の裏面１０Ｂ上に接続される。一の太陽電池１０を受光面１０Ａ側から見た平面視において、配線材１１の一端部の幅は、他の太陽電池１０から離れるに従って狭い。

このように、配線材１１の一端部は、配列方向Ｈに沿ってテーパー状に形成されている。すなわち、配列方向Ｈに直交する切断面における配線材１１の断面積は、配線材１１の一端に向かうに従って小さくなる。そのため、配線材１１を太陽電池１０に熱接着する際の温度変化に応じて発生する配線材１１の内部応力は、配線材１１の一端に向かうに従って小さくなる。その結果、配線材１１の一端を起点とする太陽電池の割れが発生することを抑制できる。

具体的には、図５（ａ）に示すように、配線材１１の内部応力σ（kgf/mm^２）は、配線材１１の端点ａに向かうに従って大きくなる（σ_ａ＞σ_ｂ＞σ_ｃ＞σ_ｄ）。一方で、配線材１１の断面積Ｓ（mm^２）は、配線材１１の端点ａに向かうに従って小さくなる（０≒Ｓ_１０＜Ｓ_１１＜Ｓ_１２＜Ｓ_１３）。なお、点ｂ、点ｃ及び点ｄは、端点ａからｘ、２ｘ、３ｘの距離に位置する。

また、図５（ｂ）に示すように、従来の配線材１１０の内部応力σ´（kgf/mm^２）は、配線材１１０の端点ａ´に向かうに従って大きくなる（σ_ａ´＞σ_ｂ´＞σ_ｃ´＞σ_ｄ´）。一方で、配線材１１０の断面積Ｓ´（mm^２）は、配線材１１０の端点ａ´からの距離に関わりなく略一定である（Ｓ_１０´＝Ｓ_１１´＝Ｓ_１２´＝Ｓ_１３´）。

ここで、配線材内部におけるＬ方向の引張り力Ｆは、内部応力と断面積との積によって算出される。配線材１１の断面積は端点ａに向かうに従って小さくなるため、配線材１１の端点ａ付近での引張り力は、配線材１１０の端点ａ´付近の引張り力よりも小さい。その結果、本実施形態に係る配線材１１によれば、従来の配線材１１０に比べて、端点付近を起点とする太陽電池の割れを抑制できる。

また、本実施形態に係る配線材１１が太陽電池１０と接する底面の面積Ｓ_２は、従来の配線材１１０が太陽電池１０と接する底面の面積Ｓ_２´よりも小さい。従って、本実施形態に係る配線材１１によれば、従来の配線材１１０に比べて、配線材内部の引張り力が太陽電池に与える影響を小さくすることができる。その結果、本実施形態に係る配線材１１によれば、太陽電池１０に反りが発生することを抑制できる。

また、本実施形態に係る配線材１１の他端部の幅は、一の太陽電池１０から離れるに従って狭いため、以上説明した効果を他の太陽電池１０についても得ることができる。

また、配線材１１は、他の太陽電池１０に近づくほど多くの細線電極３０と電気的に接続される。従って、配線材１１内を移動する光生成キャリア（電子又は正孔）は、他の太陽電池１０に近づくほど多くなる。ここで、配線材１１の一端部の断面積は、他の太陽電池１０に近づくほど広い。そのため、本実施形態に係る配線材１１によれば、配線材１１内における光生成キャリアの円滑な移動を維持することができる。

また、接続用電極４０の形状は、配線材１１の形状を反映してテーパー状とされている。このため、光入射側における接続用電極４０及び配線材１１による遮光面積を従来に比べて小さくすることができる。この結果、光電変換部２０に入射する光の量を増加させることができるので、光電変換部２０内で発生する光生成キャリアの量を増大させることができる。

また、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法において、配線材１１は、金属線１２を切断方向Ｓに沿って切断することによって形成される。ここで、切断方向Ｓは、金属線１２の短手方向Ｔと交差する方向であるため、配線材１１は略平行四辺形に形成される。従って、金属線１２を短手方向Ｔに沿って切断する場合に比べて、より多くの配線材１１を作製することができる。その結果、太陽電池モジュール１００の製造コストを低減することができる。

具体的には、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、長さｌの配線材を形成するために長さ４ｌの金属線１２を用いる場合、短手方向Ｔに沿って切断することによって従来の配線材１１０を４本形成できる。一方で、切断方向Ｓに沿って切断することによって、長さ４ｌの金属線１２から本実施形態に係る配線材１１を７本形成することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施形態では、配線材１１が一の太陽電池１０の受光面１０Ａと他の太陽電池１０の裏面１０Ｂとに接続されることとしたが、配線材１１は、一の太陽電池１０の受光面１０Ａと他の太陽電池１０の受光面１０Ａとに接続されてもよい。この場合、一の太陽電池１０の受光面１０Ａの極性と、他の太陽電池１０の受光面１０Ａの極性とが異なっていれば、一の太陽電池１０と他の太陽電池１０とは電気的に直列に接続される。

また、上記実施形態では、配線材１１の一端部及び他端部との双方をテーパー状に形成したが、一方のみがテーパー状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、配線材１１の端部は、平面視において尖鋭的に形成されることとしたが、これに限られるものではない。配線材１１の端部はテーパー状に形成されていればよい。具体的には、例えば、図７（ａ）乃至（ｃ）に示すような形状に配線材１１の端部が形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、接続用電極４０はテーパー状に形成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、接続用電極４０は、従来と同様に長方形状に形成されていてもよい。この場合でも、配線材１１内部の引張り力が太陽電池１０に与える影響を少なくすることができるので、太陽電池１０に反りや割れが発生することを抑制できる。

また、上記実施形態では特に触れていないが、ボビン５０に巻かれた金属線１２には巻き癖がついているため、金属線１２を切断刃５２によって切断する際に、金属線１２の巻き癖を矯正してもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の側面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池１０の平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池ストリング１の平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る配線材１１と従来の配線材１１０との相違点を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る配線材１１の作製方法と従来の配線材１１０の作製方法との相違点を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る配線材１１の平面図である。

符号の説明

１…太陽電池ストリング
２…受光面側保護材
３…裏面側保護材
４…封止材
１０…太陽電池
１１…配線材
１２…金属線
２０…光電変換部
３０…細線電極
４０…接続用電極
５０…ボビン
５１…ローラ
５２…切断刃
１００…太陽電池モジュール
１１０…配線材

Claims (4)

1. 第１保護材と第２保護材との間に封止され、配線材によって互いに電気的に接続された第１太陽電池及び第２太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
   前記第１太陽電池と前記第２太陽電池とは、配列方向に沿って配列され、
   前記配線材の一端部は、前記配列方向に沿って、前記第1太陽電池の主面上に接続され、
   前記配線材の他端部は、前記配列方向に沿って、前記第２太陽電池の主面上に接続されており、
   前記第１太陽電池を前記主面側から見た平面視において、前記配線材の前記一端部の幅は、前記第２太陽電池から離れるに従って狭い
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第２太陽電池を前記主面側から見た平面視において、前記配線材の前記他端部の幅は、前記第１太陽電池から離れるに従って狭い
   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. 前記配線材の平面形状は、略平行四辺形である
   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. 第１保護材と第２保護材との間に封止され、配線材によって互いに電気的に接続された第１太陽電池及び第２太陽電池を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
   金属線を所定の方向に沿って所定の長さに切断することによって、前記配線材を形成する工程Ａと、
   前記第1太陽電池の主面上に前記配線材の一端部を接続する工程Ｂと、
   前記第２太陽電池の主面上に前記配線材の他端部を接続する工程Ｃとを備え、
   前記工程Ａにおいて、
   前記金属線を切断する前記所定の方向は、前記金属線の長手方向に直交する短手方向と交差する方向である
   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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