JP2010073938A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線材と接続用電極との間からフラックスが漏れ出ること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において、受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止材によって封止される太陽電池と、太陽電池に電気的に接続される配線材１１とを備え、太陽電池は、光生成キャリアを生成する光電変換部と、光電変換部上に形成される接続用電極とを有し、配線材１１は、接続用電極上に接続されており、受光面側接続用電極は、配線材と対向する対向面に形成された凹部４０Ｃを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、配線材が接続される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。

複数の太陽電池は、配線材によって互いに電気的に接続される。各太陽電池は、光電変換部と光電変換部上に形成された接続用電極とを有する。配線材は、銅などの導電性材料を半田コーティングすることによって形成されており、一の太陽電池の接続用電極と一の太陽電池に隣接する他の太陽電池の接続用電極とに半田付けされる。

ここで、配線材の表面に形成される酸化被膜を除去することを目的として、接続用電極上にフラックスを塗布する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２９４８３０号公報

しかしながら、接続用電極上にフラックスを塗布する際、配線材と接続用電極との間から漏れ出る余分なフラックスが光電変換部に付着する場合がある。この場合、光電変換部がフラックスによって変色されることによって、太陽電池モジュールの外観不良が生じるおそれがある。また、複数の太陽電池を封止する封止材とフラックスとの化学反応で発生するガスが接続用電極と光電変換部との間に入ることによって、接続用電極の接続不良が生じるおそれがある。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、配線材と接続用電極との間からフラックスが漏れ出ること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、受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止材によって封止される太陽電池と、太陽電池に電気的に接続される配線材とを備え、太陽電池は、光生成キャリアを生成する光電変換部と、光電変換部上に形成される接続用電極とを有し、配線材は、接続用電極上に接続されており、接続用電極は、配線材と対向する対向面に形成された凹部を有することを要旨とする。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールによれば、フラックスを受光面側接続用電極に塗布する際、余分なフラックスを凹部に流れ込ませることができる。従って、余分なフラックスが配線材と受光面側接続用電極との間から漏れ出ることを抑制できる。その結果、フラックスによって光電変換部が変色されることによる外観不良や、封止材とフラックスとの化学反応で発生するガスによる受光面側接続用電極の接続不良が生じることを抑制できる。
本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、接続用電極は、光電変換部側から順次形成された第１導電層と第２導電層とを有し、凹部の底面は、第１導電層によって形成され、凹部の側面は、第２導電層によって形成されていてもよい。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、光電変換部は、光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有しており、接続用電極は、光電変換部の受光面上に形成されていてもよい。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法は、受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止材によって封止される太陽電池と、太陽電池に電気的に接続される配線材とを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池の光電変換部上に、第１導電層を積層する工程Ａと、第１導電層上に、第２導電層を積層する工程Ｂと、第２導電層上に、フラックスを介して、配線材を半田付けする工程Ｃとを備え、工程Ｂにおいて、第１導電層によって形成される底面と、第２導電層によって形成される側面とを有する凹部を形成することを要旨とする。

本発明によれば、配線材と接続用電極との間からフラックスが漏れ出ること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の断面図である。

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との間において、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。

複数の太陽電池１０は、配列方向Ｈに沿って配列される。複数の太陽電池１０は、複数の配線材１１によって互いに電気的に接続される。複数の太陽電池１０それぞれは、光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する。太陽電池１０の構成については後述する。

配線材１１は、例えば、低抵抗体１１Ａと低抵抗体１１Ａの外周を覆う半田層１１Ｂとによって構成される（図１において不図示、図６参照）。低抵抗体１１Ａ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。半田層１１Ｂとしては、鉛フリー半田（例えば、ＳｎＡｇ_３．０Ｃｕ_０．５）などを用いることができる。配線材１１は、半田層１１Ｂを溶融させることによって、受光面側接続用電極４０及び裏面側接続用電極４１に半田付けされる。

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は、太陽電池１０を受光面側から見た平面図である。図３は、太陽電池１０を裏光面側から見た平面図である。

図２及び図３に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０、複数本の受光面側細線電極３０、複数本の裏面側細線電極３１、受光面側接続用電極４０及び裏面側接続用電極４１を備える。

光電変換部２０は、光を受ける受光面２０Ａと、受光面２０Ａの反対側に設けられる裏面２０Ｂとを有する。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しており、受光面２０Ａにおける受光により光生成キャリア（正孔と電子）を生成する。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。

複数本の受光面側細線電極３０は、光電変換部２０の受光面２０Ａ上において、配列方向Ｈと略直交する直交方向Ｔに沿って形成される。複数本の受光面側細線電極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。複数本の受光面側細線電極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）などによって形成することができる。なお、各受光面側細線電極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本の受光面側細線電極３０を形成できる。また、図示しないが、本実施形態に係る各受光面側細線電極３０は、２層構造を有するものとする。

複数本の裏面側細線電極３１は、光電変換部２０の裏面２０Ｂ上において、直交方向Ｔに沿って形成される。複数本の裏面側細線電極３１は、複数本の受光面側細線電極３０と同様の機能及び構成を有する。ただし、各裏面側細線電極３１の線幅は、各受光面側細線電極３０の線幅よりも大きく形成されていてもよいし、複数本の裏面側細線電極３１に替えて、裏面２０Ｂ全面を覆う収集電極が形成されていてもよい。また、図示しないが、本実施形態に係る各裏面側細線電極３１は、１層構造を有するものとする。

受光面側接続用電極４０は、光電変換部２０の受光面２０Ａ上において、配列方向Ｈに沿って形成される。受光面側接続用電極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）などによって形成することができる。なお、受光面側接続用電極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、長さ９８ｍｍを有する２本の受光面側接続用電極４０を形成できる。

本実施形態では、受光面側接続用電極４０は２層構造を有しており、配線材１１と対向する対向面に形成されたライン状の凹部４０Ｃを有する。凹部４０Ｃの構成については後述する。

裏面側接続用電極４１は、光電変換部２０の裏面２０Ｂ上において、配列方向Ｈに沿って形成される。裏面側接続用電極４１は、受光面側接続用電極４０と同様の機能及び構成を有する。本実施形態では、裏面側接続用電極４１は１層構造を有する。

図４は、図２のＰ−Ｐ線の断面図である。図４に示すように、受光面側接続用電極４０は、２層構造を有する。具体的には、受光面側接続用電極４０は、光電変換部２０の受光面２０Ａ側から順次形成された１本の第１導電層４０Ａと２本の第２導電層４０Ｂとを有する。

第１導電層４０Ａは、受光面２０Ａ上において、配列方向Ｈに沿ってライン状に形成される。２本の第２導電層４０Ｂは、第１導電層４０Ａ上において、配列方向Ｈに沿ってライン状に形成される。２本の第２導電層４０Ｂは、第１導電層４０Ａのうち直交方向Ｔの両端部上に設けられる。

ここで、受光面側接続用電極４０は、図４に示すように、凹部４０Ｃを有する。凹部４０Ｃの底面は、第１導電層４０Ａによって形成される。凹部４０Ｃの側面は、２本の第２導電層４０Ｂによって形成される。従って、凹部４０Ｃは、配列方向Ｈに沿ってライン状に形成される（図２参照）。

なお、受光面側接続用電極４０のうち配線材１１と対向する対向面は、第１導電層４０Ａの上面中央部と２本の第２導電層４０Ｂの上面とによって形成される。

（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５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６は、図５のＱ−Ｑ線の断面図である。なお、図６は、配線材１１が受光面側接続用電極４０に半田付けされる前の状態を示している。

図５に示すように、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とは、配線材１１によって電気的に接続される。具体的には、配線材１１の一端部は、一の太陽電池１０が有する受光面側接続用電極４０に接続され、配線材１１の他端部は、他の太陽電池１０が有する裏面側接続用電極４１に接続される（図１参照）。

図６に示すように、配線材１１は、受光面側接続用電極４０上に半田付けされている。ここで、受光面側接続用電極４０の凹部４０Ｃには、受光面側接続用電極４０のうち配線材１１と対向する対向面に塗布されるフラックスＦが残留している。このようなフラックスＦは、時間の経過とともに徐々に受光面側接続用電極４０に吸収されうるものである。従って、フラックスＦは、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の構成要素ではないことに留意すべきである。フラックスＦとしては、有機溶剤、ロジン、ハロゲン等からなる有機酸系のフラックスなどを用いることができる。なお、配線材１１が受光面側接続用電極４０に半田付けされた後は、凹部４０Ｃは半田層１１Ｂによって埋められる。

（太陽電池モジュールの製造方法）
以下において、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法について、図面を用いて説明する。

まず、印刷法によって、光電変換部２０の受光面２０Ａ上に所定のパターンで導電性ペーストを２回塗布する。具体的には、１回目の塗布で第１導電層４０Ａを形成し、２回目の塗布で第２導電層４０Ｂを形成する（図２及び図６参照）。すなわち、２回目の塗布では、第１導電層４０Ａの中央部上には導電性ペーストを塗布しない。これによって、第１導電層４０Ａによって形成される底面と、第２導電層４０Ｂによって形成される側面とを有する凹部４０Ｃが形成される。なお、本実施形態では、導電性ペーストを２回塗布することによって、複数本の受光面側細線電極３０及び受光面側接続用電極４０が同時に形成される。

次に、印刷法によって、光電変換部２０の裏面２０Ｂ上に所定のパターンで導電性ペーストを１回塗布する（図３及び図６参照）。これによって、複数本の裏面側細線電極３１及び裏面側接続用電極４１が同時に形成される。

次に、図７に示すように、受光面側接続用電極４０上にフラックスＦを塗布する。この際、余分なフラックスＦは、凹部４０Ｃ内に流れ込む。

次に、一の太陽電池１０の受光面側接続用電極４０と他の太陽電池１０の裏面側接続用電極４１とに配線材１１を接続する。具体的には、配線材１１と第２導電層４０Ｂとを半田付けする。これにより、太陽電池ストリング１が形成される。

次に、受光面側保護材２上に、封止材４、太陽電池ストリング１、封止材４及び裏面側保護材３を順次積層して加熱する。

（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、受光面側接続用電極４０は、配線材１１と対向する対向面に形成された凹部４０Ｃを有する。

従って、フラックスＦを受光面側接続用電極４０に塗布する際、余分なフラックスＦを凹部４０Ｃに流れ込ませることができる。従って、余分なフラックスＦが配線材１１と受光面側接続用電極４０との間から漏れ出ることを抑制できる。その結果、フラックスＦによって光電変換部２０が変色されることによる外観不良や、封止材４とフラックスＦとの化学反応で発生するガスによる受光面側接続用電極４０の接続不良が生じることを抑制できる。

（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、受光面側接続用電極４０が凹部４０Ｃを有しており、裏面側接続用電極４１は凹部を有さないこととしたが、これに限られるものではない。例えば、裏面側接続用電極４１のみが凹部を有していてもよく、 また、受光面側接続用電極４０と裏面側接続用電極４１との両方が凹部４０Ｃを有していてもよい。

また、上記実施形態では、受光面側接続用電極４０は、２層構造を有することとしたが、これに限られるものではない。受光面側接続用電極４０は、対向面に凹部４０Ｃを有する限り、３層以上の構造を有していてもよい。

また、上記実施形態では、フラックスＦは、受光面側接続用電極４０の対向面に塗布されることとしたが、フラックスＦは、配線材１１に塗布されていてもよい。

また、上記実施形態では、凹部４０Ｃは、配列方向Ｈに沿ってライン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。本発明は、凹部４０Ｃの形状を限定するものではない。従って、凹部４０Ｃは、円柱状や角柱状であってもよく、この場合には、複数の凹部４０Ｃが形成されていてもよい。また、凹部４０Ｃは、受光面側接続用電極４０を鉛直方向に貫通するように形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、受光面側接続用電極４０及び裏面側接続用電極４１は、配列方向Ｈに沿ってライン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。本発明は、接続用電極の形状を限定するものではない。

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の断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池１０を受光面側から見た平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池１０を裏光面側から見た平面図である。 図２のＰ−Ｐ線の断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池ストリング１を受光面側から見た平面図である。 図５のＱ−Ｑ線の断面図である。 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。

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
１１Ａ…低抵抗体
１１Ｂ…半田層
２０…光電変換部
２０Ａ…受光面
２０Ｂ…裏面
３０…受光面側細線電極
３１…裏面側細線電極
４０…受光面側接続用電極
４０Ａ…第１導電層
４０Ｂ…第２導電層
４０Ｃ…凹部
４１…裏面側接続用電極
１００…太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止材によって封止される太陽電池と、
   前記太陽電池に電気的に接続される配線材と
   を備え、
   前記太陽電池は、
   光生成キャリアを生成する光電変換部と、
   前記光電変換部上に形成される接続用電極と
   を有し、
   前記配線材は、前記接続用電極上に接続されており、
   前記接続用電極は、前記配線材と対向する対向面に形成された凹部を有する
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記接続用電極は、前記光電変換部側から順次形成された第１導電層と第２導電層とを有し、
   前記凹部の底面は、前記第１導電層によって形成され、
   前記凹部の側面は、前記第２導電層によって形成される
   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. 前記光電変換部は、光を受ける受光面と、前記受光面の反対側に設けられる裏面とを有しており、
   前記接続用電極は、前記光電変換部の前記受光面上に形成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止材によって封止される太陽電池と、前記太陽電池に電気的に接続される配線材とを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記太陽電池の光電変換部上に、第１導電層を積層する工程Ａと、
   前記第１導電層上に、第２導電層を積層する工程Ｂと、
   前記第２導電層上に、フラックスを介して、前記配線材を半田付けする工程Ｃと
   を備え、
   前記工程Ｂにおいて、
   前記第１導電層によって形成される底面と、前記第２導電層によって形成される側面とを有する凹部を形成する
   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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