JP2010141109A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワイヤボンディング方式により基板に接続された太陽電池素子を封止する太陽電池モジュールにおいて、ボンディング用のワイヤの変形を防止することが可能な太陽電池モジュールを実現する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１００は、ボンディングワイヤ１がポッティング樹脂５で封止されていることにより、太陽電池素子２における基板３と反対側の表面２２が露出されている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１００は、ボンディングワイヤ１がポッティング樹脂５で封止されていることにより、太陽電池素子２における基板３と反対側の表面２２が露出されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、ワイヤボンディング方式により基板に接続（実装）された太陽電池素子を封止して製造された、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。
従来、ワイヤボンディング方式により基板に接続（実装）された太陽電池素子を封止するための技術としては、金型を用いてエポキシ樹脂を太陽電池素子に被覆して、封止を行う技術が知られている。
しかしながら、金型を用いた上記技術は、この金型が必要となるため、低コストでの実施が難しく、また、複数の太陽電池素子を一括して封止することができないため、大量生産に不適である。また、金型を用いた上記技術は、エポキシ樹脂を金型に注入した後、成型時におけるエポキシ樹脂の硬化収縮を利用して、エポキシ樹脂を金型から取り出すが、この取り出し後において、完成した太陽電池モジュールが湾曲するという問題が発生する。さらに、エポキシ樹脂をはじめとする金型成型に係る上記技術では、金型を１４５℃〜１６０℃程度の高温にまで加熱して成型を実施する必要があり、これに伴い、エポキシ樹脂と基板との線膨張係数の違いに起因する、いわゆるバイメタル現象が発生し、太陽電池モジュール全体の温度が常温に戻ると、太陽電池モジュールが湾曲するという問題が発生する。
そこで、近年、ワイヤボンディング方式により基板に接続された太陽電池素子を封止するための技術としては、ＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate：エチレン酢酸ビニル）シートと呼ばれる透明接着剤のシートを太陽電池素子に被覆して、ラミネート封止を行う技術が注目されている。
ＥＶＡシートは、一般的に、住宅向けの太陽電池モジュールにおける、太陽電池素子の封止用の部材として採用されている。このＥＶＡシートを用いた上記技術は、金型が不要となるため、低コストでの実施が可能となり、また、１枚の大きなＥＶＡシートを、複数の太陽電池素子に被覆して、複数の太陽電池素子を一括して封止することができるため、大量生産に好適である。さらに、ＥＶＡシートを用いた上記技術は、金型が不要であるため、上述した、金型を用いた技術において発生し得る、完成した太陽電池モジュールの湾曲についても、抑制することができる。
特開平３−７１６６０号公報（１９９１年３月２７日公開）
特開２００８−２５１９２９号公報（２００８年１０月１６日公開）
ＥＶＡシートを用いた上記技術では、ボンディングワイヤ２１１により太陽電池素子２１２を基板２１３に接続した後、ボンディングワイヤ２１１および太陽電池素子２１２にＥＶＡシート２１４を被覆し、ＥＶＡシート２１４を約１３０℃にまで加熱することにより溶融させると共に加圧して、エチレン酢酸ビニルによるラミネート封止を行って、製品としての太陽電池モジュール２１０を製造する。ここで、ＥＶＡシート２１４を用いた上記技術では、ボンディングワイヤ２１１および太陽電池素子２１２にＥＶＡシート２１４を載せたときに、ボンディングワイヤ２１１に対するＥＶＡシート２１４の自重に伴う荷重が発生し、この荷重に起因して、ボンディングワイヤ２１１の変形が発生してしまう虞があるという問題が発生する（図１１参照）。なお、以下では、ボンディングワイヤ（ワイヤ）の変形を「ワイヤ流れ」と称するものとする。
本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、ワイヤボンディング方式により基板に接続された太陽電池素子を封止する太陽電池モジュールにおいて、ワイヤ流れを防止することが可能な太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明に係る太陽電池モジュールは、上記の問題を解決するために、太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールであって、上記ワイヤが高粘度樹脂で封止されていることにより、上記太陽電池素子における上記基板と反対側の表面が露出されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、ワイヤが樹脂で封止されているため、この樹脂によりワイヤが固定（補強）され、これにより、ワイヤに対する荷重に起因して、ワイヤ流れが発生してしまう虞を低減することができる。従って、上記の構成によれば、ワイヤ流れを防止することが可能である。
ここで、特許文献１には、太陽電池モジュールでないが、ワイヤ流れを防止するために、少なくとも半導体チップのパッドとボンディングワイヤとの接続部分が補強用樹脂で覆われている半導体装置が開示されている。特許文献１に開示されている半導体装置では、例えばエポキシ系樹脂を加熱して液状にしただけの樹脂を、上記接続部分等に滴下して、補強用樹脂としている。こうした補強用樹脂を採用した場合、補強用樹脂は、半導体装置の半導体チップの表面、特に、半導体チップにおける基板と反対側の表面全体に濡れ広がる。実際、特許文献１に開示されている半導体装置はいずれも、補強用樹脂が、該表面全体に濡れ広がっている。
太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールに、上記の特許文献１に係る補強用樹脂を同様に適用すると、濡れ広がった補強用樹脂が、太陽電池素子における基板と反対側の表面全体を覆ってしまうため、太陽電池素子への光は、補強用樹脂により遮られてしまう。これにより、太陽電池素子ひいては太陽電池モジュールでは、発電効率が大幅に低下してしまったり、最悪の場合、発電ができなくなってしまったりする虞がある。
そこで、本発明に係る太陽電池モジュールでは、ワイヤを封止して固定するための樹脂として、高粘度樹脂を採用した。この高粘度樹脂は、ワイヤを封止して固定するときに、太陽電池素子における基板と反対側の表面に濡れ広がることを抑制することができるため、該表面には高粘度樹脂に覆われることなく露出された部分を設けることができ、これにより、太陽電池素子への光が遮られてしまうことを抑制することができる。結果、本発明に係る太陽電池モジュールでは、発電効率が大幅に低下してしまったり、発電ができなくなってしまったりすることなく、ワイヤ流れを防止することが可能である。
従って、ワイヤが高粘度樹脂で封止されていることにより、太陽電池素子における基板と反対側の表面が露出された、本発明に係る太陽電池モジュールは、ワイヤボンディング方式により基板に接続された太陽電池素子を封止する太陽電池モジュールにおいて、ワイヤ流れを防止するのに好適な発明であると言うことができる。
なお具体的に、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記高粘度樹脂の温度が２５℃である場合、上記高粘度樹脂の粘度は、５Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下であるのが好ましい。なお、「Ｐａ・ｓ」は、ＳＩ単位系における、粘度を示す単位である「パスカル秒」である。
高粘度樹脂の温度が２５℃であるときに、この高粘度樹脂の粘度が５Ｐａ・ｓ未満である場合には、高粘度樹脂が太陽電池素子に濡れ広がることにより、太陽電池素子における基板と反対側の表面全体を覆ってしまうため、太陽電池素子への光は、高粘度樹脂により遮られてしまう虞がある。これにより、太陽電池モジュールでは、太陽電池素子が得られる光エネルギーが大幅に低下してしまったり、最悪の場合、太陽電池素子が光エネルギーを得ることができなくなってしまったりしてしまう。結果、太陽電池素子ひいては太陽電池モジュールでは、発電効率が大幅に低下してしまったり、最悪の場合、発電ができなくなってしまったりする虞がある。また、この場合は、ワイヤが高粘度樹脂で封止されたときに、高粘度樹脂によるワイヤの固定強度が小さくなり、ワイヤに対する荷重に対する十分な強度が確保できず、ワイヤに該荷重が与えられたときにワイヤ流れが生じてしまう虞がある。
一方、高粘度樹脂の温度が２５℃であるときに、この高粘度樹脂の粘度が５００Ｐａ・ｓを超える場合には、高粘度樹脂が非常に流動しにくくなるため、太陽電池素子とワイヤとの間隙への、高粘度樹脂の充填が不十分となることで隙間が形成されてしまい、完成した太陽電池モジュールの品質面および信頼性面が低下してしまう虞がある。
以上のことを考慮すると、上記高粘度樹脂の温度が２５℃である場合、上記高粘度樹脂の粘度は、５Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下であるのが好ましい。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記高粘度樹脂および太陽電池素子に、透明接着剤からなる第１のシートが被覆されて得られたものであることを特徴としており、特に、上記第１のシートは、エチレン酢酸ビニルからなるシートであるのが好ましい。
そして、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、上記の問題を解決するために、太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、上記ワイヤを高粘度樹脂で封止することにより、上記太陽電池素子における上記基板と反対側の表面を露出させ、上記高粘度樹脂および太陽電池素子に、透明接着剤からなる第１のシートを被覆することを特徴としている。
上記の構成によれば、従来、高粘度樹脂および太陽電池素子の封止に際して必要となっていた、エポキシ樹脂被覆用の金型が不要となるため、低コストでの製造が可能となり、これに伴い、太陽電池モジュールを安価で提供することが可能となる。また、上記の構成によれば、１枚の大きな第１のシートを、複数の太陽電池素子に被覆して、一括してラミネート封止することにより、複数の太陽電池モジュールを一括して製造することが可能となるため、大量生産に好適な太陽電池モジュールを実現することができる。特に、第１のシートとして、安価なエチレン酢酸ビニルからなるＥＶＡシートを使用した場合には、大きな低コスト化および太陽電池モジュールの低価格化の効果が期待できる。なお、第１のシートを太陽電池モジュールに被覆すると、ワイヤに対する第１のシートの自重に伴う荷重が発生するが、本発明に係る太陽電池モジュールでは、ワイヤが高粘度樹脂により固定されているため、ワイヤ流れを防止することが可能である。
ところで、第１のシートは透明接着剤からなるシートであるため、第１のシートに対して熱圧着を施した場合には、第１のシートが溶融したときに、第１のシートを構成していた透明接着剤が熱圧着を実施するための装置（例えば、ヒーター）に付着してしまう虞がある。
そこで、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記第１のシートに、透明かつ所定の耐熱性を有する第２のシートが被覆されて得られたものであることを特徴としている。
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、上記第１のシートに、透明かつ所定の耐熱性を有する第２のシートを被覆し、上記第２のシートを、上記基板に熱圧着することを特徴としている。
上記の構成によれば、所定の耐熱性、具体的に、上記装置による熱圧着時に与えられた熱に対する耐熱性を有する透明の第２のシートが、第１のシートにさらに被覆されているため、熱圧着時に与えられた熱により溶融して上記装置に付着してしまう心配のない、第２のシートに対して熱圧着を施すことができ、第１のシートが溶融したときに、透明接着剤が該装置に付着する問題を解決することができる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記高粘度樹脂は、透明であることを特徴としている。
上記の構成によれば、高粘度樹脂が透明であるため、高粘度樹脂により太陽電池素子への光が遮られてしまうことを大幅に抑制することができる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、上記の問題を解決するために、太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、上記太陽電池素子に、上記基板から見た上記ワイヤの丈よりも、寸法が大きくなるような厚みを有しており、かつ、該ワイヤに被覆すべき部分が取り除かれている第１のシートであって、透明接着剤からなる第１のシートを被覆し、上記第１のシートに、透明かつ所定の耐熱性を有する第２のシートを被覆することを特徴としている。
上記の構成によれば、本来ワイヤに被覆すべき部分において、第１のシートが取り除かれるため、ワイヤに対する第１のシートの自重に伴う荷重を低減する、もしくは、該荷重自体をなくすことができる。これにより、本発明に係る太陽電池モジュールは、高粘度樹脂を取り除いた場合においても、ワイヤ流れを防止することが可能である。
また、上記の構成によれば、高粘度樹脂を省くことができるため、太陽電池素子への光の入射を妨げ得る部分がさらに小さくなり、太陽電池素子の発電効率をさらに向上させることができる。
但し、第１のシートの厚みが、基板から見たワイヤの丈よりも、その寸法が小さくなるような厚みである場合、第１のシートを被覆したときに、ワイヤは第１のシートに対して突出する。ワイヤが第１のシートに対して突出している場合に、第２のシートを被覆すると、ワイヤに対する第２のシートの自重に伴う荷重に起因して、ワイヤ流れが発生してしまう虞がある。ワイヤに対する第２のシートの自重に伴う荷重を発生させないため、第１のシートの厚みは、基板から見たワイヤの丈よりも、その寸法が大きくなるような厚みであることが必要である。
また、第１のシートにおいて、ワイヤに被覆すべきであった部分を取り除いた場合、上記第２のシートを、上記基板に熱圧着することにより、第１のシートが溶融したときに、透明接着剤が装置に付着する問題を解決することができる。
以上のとおり、本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールであって、上記ワイヤが高粘度樹脂で封止されていることにより、上記太陽電池素子における上記基板と反対側の表面が露出されている。
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、上記ワイヤを高粘度樹脂で封止することにより、上記太陽電池素子における上記基板と反対側の表面を露出させ、上記高粘度樹脂および太陽電池素子に、透明接着剤からなる第１のシートを被覆する。
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、上記太陽電池素子に、上記基板から見た上記ワイヤの丈よりも、寸法が大きくなるような厚みを有しており、かつ、該ワイヤに被覆すべき部分が取り除かれている第１のシートであって、透明接着剤からなる第１のシートを被覆し、上記第１のシートに、透明かつ所定の耐熱性を有する第２のシートを被覆する。
従って、ワイヤボンディング方式により基板に接続された太陽電池素子を封止する太陽電池モジュールにおいて、ワイヤ流れを防止することが可能であるという効果を奏する。
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
図１に示す太陽電池モジュール１００は、ボンディングワイヤ（ワイヤ）１、太陽電池素子２、基板３、およびポッティング樹脂（高粘度樹脂）５を備える構成である。
ボンディングワイヤ１は、周知のワイヤボンディング方式により、基板３に太陽電池素子２を接続するための金属線である。ボンディングワイヤ１は、一端が表面電極２１を介して太陽電池素子２に接続されており、他端が基板３の図示しない電極に接続されている。これにより、太陽電池素子２はボンディングワイヤ１により基板３に実装されており、かつ、太陽電池素子２と基板３とはボンディングワイヤ１により電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１を構成する材料としては、例えば、金、銅、アルミニウムが挙げられる。
太陽電池素子２は、太陽光をはじめとする光が入射されると、この光から得られた光エネルギーを光電変換により電気エネルギーに変換することにより、入射された光に応じた発電（いわゆる、太陽光発電）が可能な半導体素子であり、ソーラーセル、または、単に、セル、とも称される。具体的に、太陽電池素子２は、図示しない電子が光エネルギーを吸収し、光起電力効果により、該光エネルギーを電気エネルギーに変換している。なお、太陽電池素子２としては、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンに代表される、シリコン半導体が使用されるが、これに限定されず、周知の太陽電池素子を使用することが可能である。
基板３は、太陽電池素子２が実装される基板であり、例えば、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、さらには、ポリイミドまたはポリビニルからなる基板が挙げられる。基板３の厚みは、特に限定されないが、所定の強度および重量を有する必要があることを考慮すると、例えばガラス基板の場合、０．１ｍｍ〜３０ｍｍ程度であればよい。基板３はさらに、複数の材料からなるものであっても構わないし、その表面に、例えば、金属膜、透明導電膜、または絶縁膜が形成されたものであってもよい。但し、基板３は、製品としての太陽電池モジュール１５０（図５参照）を製造する工程において、ヒーター７（図４参照）が押し当てられることにより、直接熱圧着が施されるため、ある程度、例えば、２００℃程度の耐熱性を有するのが好ましい。
なお、図示をしていないが、太陽電池素子２と基板３との間には、裏面電極がさらに設けられており、この裏面電極により、太陽電池素子２と基板３とが電気的に接続されている。
ポッティング樹脂５は、ポッティング（樹脂盛り）加工に好適に用いられる樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。ポッティング樹脂５は、ボンディングワイヤ１の略全体を覆うようにボンディングワイヤ１に被覆されており、これにより、少なくともボンディングワイヤ１を選択的に封止している。つまり、ポッティング樹脂５は、太陽電池モジュール１００において、ボンディングワイヤ１の略全体に部分封止するものである。そして、この封止により、ボンディングワイヤ１は、ポッティング樹脂５により固定（補強）されている。ボンディングワイヤ１は、ポッティング樹脂５により固定されているため、ボンディングワイヤ１自身に対する荷重に起因して、ワイヤ流れが発生してしまう虞を低減することができる。従って、上記の構成によれば、ボンディングワイヤ１におけるワイヤ流れを防止することが可能である。
ここで、ポッティング樹脂５としては、ポッティング樹脂５の温度が２５℃である場合、例えばその粘度が５Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下である、いわゆる高粘度樹脂が使用されている。ここからは、ポッティング樹脂５として高粘度樹脂が使用されている理由について、以下に説明する。
太陽電池モジュール１００において、ポッティング樹脂５として、例えば粘度が５Ｐａ・ｓ未満（但し、樹脂の温度が２５℃である場合）の、いわゆる低粘度樹脂を使用すると、ポッティング樹脂５は、太陽電池素子２における基板３と反対側の表面（図１における紙面上方の太陽電池素子２の端面）である、表面２２全体に濡れ広がることにより、表面２２全体を覆ってしまう。これにより、太陽電池素子２への光は、ポッティング樹脂５により遮られてしまうため、太陽電池素子２が得られる光エネルギーが大幅に低下してしまったり、最悪の場合、太陽電池素子２が光エネルギーを得ることができなくなってしまったりしてしまう。結果、太陽電池素子２ひいては太陽電池モジュール１００では、発電効率が大幅に低下してしまったり、最悪の場合、発電ができなくなってしまったりする虞がある。
ここで、太陽電池モジュール１００において、ポッティング樹脂５として、低粘度樹脂を使用し、かつ、ポッティング樹脂５の表面２２全体への濡れ広がりを回避するための技術としては、表面２２に、例えば銀ペーストにより、ポッティング樹脂５の流動をせき止めるための図示しない突起（突起電極）を形成する技術が考えられる。しかしながら、この技術を適用した場合には、形成した突起が表面２２を覆ってしまい、太陽電池素子２への光が該突起により遮られてしまうため、太陽電池素子２が得られる光エネルギー（発電効率）が大幅に低下してしまったり、最悪の場合、太陽電池素子２が光エネルギーを得ること（発電）ができなくなってしまったりする虞がある。
一方、太陽電池モジュール１００において、ポッティング樹脂５として、高粘度樹脂を使用すると、高粘度樹脂の粘度にもよるが、ポッティング樹脂５は、表面２２全体に濡れ広がることを抑制することができ、所望の表面２２部分に選択的に設けることが可能となるという利点を有することとなる。太陽電池モジュール１００では、高粘度樹脂であるポッティング樹脂５の該利点を活用して、ポッティング樹脂５を、ボンディングワイヤ１を選択的に封止するように設けている。これにより、表面２２全体には、ポッティング樹脂５に覆われることなく露出された部分を充分広く設けることができ、これにより、太陽電池素子２への光が遮られてしまうことを抑制することができる。結果、太陽電池モジュール１００では、発電効率が大幅に低下してしまったり、発電ができなくなってしまったりすることなく、ボンディングワイヤ１におけるワイヤ流れを防止することが可能である。
従って、ボンディングワイヤ１が高粘度樹脂であるポッティング樹脂５で封止されていることにより、太陽電池素子２における基板３と反対側の表面２２が露出された、太陽電池モジュール１００は、ワイヤボンディング方式により基板に接続された太陽電池素子を封止する太陽電池モジュールにおいて、ワイヤ流れを防止するのに好適な発明であると言うことができる。
また、後に詳述するが、高粘度樹脂であるポッティング樹脂５は、太陽電池モジュール１５０（図５参照）を製造する工程において、熱圧着を行うときに、太陽電池モジュールに過度の圧力が与えられることを抑制する機能、さらには、該太陽電池モジュールの冷熱サイクルに依存して発生する圧力から、ボンディングワイヤ１を保護する機能を有している。
なお、ポッティング樹脂５は、図１に示すとおり、ボンディングワイヤ１の近傍をさらに封止してもよく、この場合、ボンディングワイヤ１の固定はさらに強固に行うことが可能である。但し、ポッティング樹脂５により、ボンディングワイヤ１の近傍をさらに封止するに際し、ポッティング樹脂５が太陽電池素子２の表面２２に被覆されていると、被覆されている部分が広いほど、太陽電池素子２への光がポッティング樹脂５により遮られ、太陽電池素子２における発電効率が低下してしまう。この点に注意さえ払えば、ポッティング樹脂５は、ボンディングワイヤ１の略全体を覆う構成であれば、その被覆されている部分について特に限定されない。
さらに、ポッティング樹脂５の温度が２５℃である場合、ポッティング樹脂５は、例えばその粘度を５Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下とするのが好ましい。
ポッティング樹脂５の温度が２５℃であるときに、このポッティング樹脂５の粘度が５Ｐａ・ｓ未満である場合には、ポッティング樹脂５が太陽電池素子２に濡れ広がることにより、太陽電池素子２における基板３と反対側の表面２２全体を覆ってしまうため、太陽電池素子２への光は、ポッティング樹脂５により遮られてしまう。これにより、太陽電池モジュール１００では、太陽電池素子２が得られる光エネルギーが大幅に低下してしまったり、最悪の場合、太陽電池素子２が光エネルギーを得ることができなくなってしまったりしてしまう。結果、太陽電池素子２ひいては太陽電池モジュール１００では、発電効率が大幅に低下してしまったり、最悪の場合、発電ができなくなってしまったりする虞がある。また、この場合は、ボンディングワイヤ１がポッティング樹脂５で封止されたときに、ポッティング樹脂５によるボンディングワイヤ１の固定強度が小さくなり、ボンディングワイヤ１に対する荷重に対する十分な強度が確保できず、ボンディングワイヤ１におけるワイヤ流れが発生してしまう虞がある。
反対に、ポッティング樹脂５の温度が２５℃であるときに、このポッティング樹脂５の粘度が５００Ｐａ・ｓを超える場合には、ポッティング樹脂５が非常に濡れ広がりにくくなり、太陽電池素子２とボンディングワイヤ１との間隙への、ポッティング樹脂５の充填が不十分となることで隙間が形成されてしまう虞があるため、太陽電池モジュール１５０（図５参照）の品質面および信頼性面が低下してしまう虞がある。
以上のことを考慮すると、ポッティング樹脂５の温度が２５℃である場合、ポッティング樹脂５の粘度は、５Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下であるのが好ましい。
また、ポッティング樹脂５は、透明な高粘度樹脂が使用されているのが好ましい。ポッティング樹脂５が透明である場合、光がポッティング樹脂５を介して太陽電池素子２に入射するため、ポッティング樹脂５により太陽電池素子２への光が遮られてしまうことを大幅に抑制することができる。
但し、ポッティング樹脂５が透明である場合、太陽電池素子２は、ポッティング樹脂５に覆われている部分においても発電が可能である構成となるため、表面２２が露出された部分が小さい、または、表面２２が露出された部分が存在しない構成であってもよい。すなわち、この場合、太陽電池モジュール１００は、露出された太陽電池素子２の表面２２に、透明のポッティング樹脂５が被覆されていてもよい。これにより、ポッティング樹脂５により封止されている部分を広大化させることができるため、ポッティング樹脂５によるボンディングワイヤ１の固定をより強固に実施することができ、ワイヤ流れの防止効果を大きくすることができる。この場合、表面２２が露出された部分を設ける必要がないことから、ポッティング樹脂５が高粘度樹脂であることは必須でない。
ここからは、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法として、図１に示す太陽電池モジュール１００から、太陽電池モジュール１５０（図５参照）を製造する各製造工程について、図２〜図５を参照して説明する。
まず、図２に示す製造工程では、ボンディングワイヤ１を用いた周知のワイヤボンディング方式により、太陽電池素子２を基板３に接続する。つまり、図２に示す製造工程では、図１に示す太陽電池モジュール１００を製造する前段階として、ボンディングワイヤ１の一端を、表面電極２１を介して太陽電池素子２に接続し、ボンディングワイヤ１の他端を、基板３の図示しない電極に接続する。
続いては、例えば、周知のポッティング加工により、ボンディングワイヤ１にポッティング樹脂５を被覆し、ポッティング樹脂５によりボンディングワイヤ１を封止することにより、太陽電池素子２の表面２２を露出させて、太陽電池モジュール１００を製造する（図１参照）。
続いて、図３に示す製造工程では、太陽電池モジュール１００（図１参照）において、ボンディングワイヤ１を封止しているポッティング樹脂５、および、太陽電池素子２に、ＥＶＡシート（第１のシート）４を被覆する。
ボンディングワイヤ１を封止しているポッティング樹脂５、および、太陽電池素子２を、ＥＶＡシート４によりラミネート封止する場合は、従来、封止に際して必要となっていた、エポキシ樹脂被覆用の金型が不要となるため、低コストでの製造が可能となり、これに伴い、太陽電池モジュール１５０（図５参照）を安価で提供することが可能となる。また、この場合は、１枚のＥＶＡシート４を、図示しない太陽電池素子２以外の太陽電池素子にまとめて被覆して、一括してラミネート封止することにより、複数の太陽電池モジュール１５０を一括して製造することが可能となるため、大量生産に好適である。特に、ラミネート封止に際して、安価なエチレン酢酸ビニルからなるＥＶＡシート４を使用した場合には、大きな低コスト化および太陽電池モジュール１５０の低価格化の効果が期待できる。また、ＥＶＡシート４は、金型を用いる従来技術において封止に使用されていたエポキシ樹脂に比べ、低弾性かつ非常に柔軟であり、後述に示すラミネート時の温度も低いため、湾曲が非常に少ない太陽電池モジュール１５０を実現することができる。
ここで、ＥＶＡシート４を太陽電池モジュール１００（図１参照）に被覆すると、ボンディングワイヤ１に対するＥＶＡシート４の自重に伴う荷重が発生するが、ボンディングワイヤ１はポッティング樹脂５により固定されているため、ボンディングワイヤ１におけるワイヤ流れを防止することが可能である。
ところで、ＥＶＡシート４は、低弾性かつ非常に柔軟である。このため、太陽電池モジュール１５０（図５参照）に対して、例えば、−３０℃程度への冷却と１００℃程度への加熱とを繰り返す冷熱サイクルを実施した場合、ＥＶＡシート４は大幅に伸長することとなる。ＥＶＡシート４が大幅に伸長すると、ボンディングワイヤ１に予期せぬ大きな圧力が発生し、この圧力に起因して、ボンディングワイヤ１が破断してしまう虞がある。しかしながら、ボンディングワイヤ１は、ポッティング樹脂５で封止されて固定されているため、このボンディングワイヤ１の破断の発生を抑制することができる。つまり、ポッティング樹脂５によりボンディングワイヤ１を封止することは、冷熱サイクルにおいて、ボンディングワイヤ１を保護する機能を有している。特に、ポッティング樹脂５は、低い線膨張率かつ高い弾性率を有していると、冷熱サイクルに対する、ポッティング樹脂５によるボンディングワイヤ１の保護効果がさらに向上する。
なお、ＥＶＡシート４は、透明接着剤からなるシート、例えば、ＰＢＴ（Polybutylene terephthalate：ポリブチレンテレフタレート）、アクリル系の材料、シリコーン系の材料からなるシートに置換されてもよい。
さらに、図３に示す製造工程では、ＥＶＡシート４に、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）からなるＰＥＴシート（第２のシート）６を被覆する。
ＰＥＴシート６は、透明であり、かつ所定の耐熱性、具体的に、ヒーター７（図４参照）による熱圧着時に、ＰＥＴシート６自身に与えられた熱に対する耐熱性（換言すれば、２００℃程度の耐熱性）を有するシートであり、例えば、ポリエチレンからなるシートに置換されてもよい。ＰＥＴシート６の機能については、後述する。
続いて、図４に示す製造工程では、熱圧着を実施するための、熱プレス用のヒーター７を用いて、ＥＶＡシート４を約１３０℃にまで加熱することにより溶融させると共に、ＰＥＴシート６を基板３に加圧して熱圧着を行い、エチレン酢酸ビニル４´（図５参照）およびＰＥＴシート６によるラミネート封止を行う。
ＥＶＡシート４は透明接着剤であるエチレン酢酸ビニルからなるシートであるため、ＥＶＡシート４に対して熱圧着を施して、ＥＶＡシート４が溶融したときには、透明接着剤であるエチレン酢酸ビニル４´（図５参照）がヒーター７に付着してしまう虞がある。ＰＥＴシート６は、エチレン酢酸ビニル４´のヒーター７への付着を回避するために、ＥＶＡシート４に被覆されるものである。
ＰＥＴシート６が、ＥＶＡシート４にさらに被覆されているため、熱圧着時に与えられた熱により溶融してヒーター７に付着してしまう心配のない、ＰＥＴシート６に対して熱圧着を施すことができ、ＥＶＡシート４が溶融したときに、エチレン酢酸ビニル４´（図５参照）がヒーター７に付着する問題を解決することができる。
また、図４に示す製造工程に係る太陽電池モジュールでは、熱圧着に際して、例えば熱圧着時におけるヒーター７からの荷重が過度に大きいことにより、ヒーター７から過度の圧力が与えられると、ＥＶＡシート４が溶融したときに、エチレン酢酸ビニル４´（図５参照）が基板３上の広範囲に広がる。広がったエチレン酢酸ビニル４´は、ボンディングワイヤ１に対して圧力を与え、この圧力に起因して、ボンディングワイヤ１には、ワイヤ流れが発生してしまう虞がある。ここで、高粘度樹脂であるポッティング樹脂５によりボンディングワイヤ１を封止して固定した場合には、ポッティング樹脂５がヒーター７の基板３方向への進行を制限することにより、熱圧着時におけるヒーター７からの荷重が過度に大きくなりヒーター７から過度の圧力が与えられることを防止することができる。さらに、高粘度樹脂であるポッティング樹脂５の各々は、基板３から見た丈を均一にすることにより、ヒーター７を基板３に対して水平となるように保持することができ、これにより、太陽電池モジュール１５０の厚みを均一化させることが可能となる。
ラミネート封止完了後の太陽電池モジュールは、図５に示す、製品としての太陽電池モジュール１５０となる。ＥＶＡシート４は、溶融してエチレン酢酸ビニル４´となっており、このエチレン酢酸ビニル４´は、基板３とＰＥＴシート６との間隙に充填されており、接着剤として機能する。そして、ボンディングワイヤ１を封止しているポッティング樹脂５、および、太陽電池素子２は、このエチレン酢酸ビニル４´により封止されている。
なお、高粘度樹脂としてのポッティング樹脂５は、例えば、エポキシ樹脂であると上述したが、このエポキシ樹脂は、特に、本発明に係る太陽電池モジュールを、例えば、液晶表示装置を有する電子機器に適用する場合、該液晶表示装置の駆動装置の封止樹脂に使用されているものを流用することが可能である。
図６は、本発明の別の実施形態に係る太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
図６に示す太陽電池モジュール１６０は、図５に示す太陽電池モジュール１５０に対して、ポッティング樹脂５が取り除かれている。
また、図７に示すとおり、エチレン酢酸ビニル４´からなるＥＶＡシート４０は、ＥＶＡシート４（図５参照）に対して、本来ボンディングワイヤ１に被覆されるべきであった部分が取り除かれている。すなわち、ＥＶＡシート４０は、ＥＶＡシート４を太陽電池素子２等に被覆（図３参照）したときに基板３から見てボンディングワイヤ１の上方に位置する、ＥＶＡシート４部分を、予め取り除いた構成である。
なお、ＥＶＡシート４０は、基板３から見たボンディングワイヤ１の丈、換言すれば、基板３の太陽電池素子２側の表面を基準とした該表面に垂直な方向におけるボンディングワイヤ１の丈よりも、その寸法が大きくなるような厚みとなっている。このため、ＥＶＡシート４０を太陽電池素子２等に被覆した場合、ＥＶＡシート４０の上端部分は、ボンディングワイヤ１の上端部分よりも上方に位置することとなる。ＥＶＡシート４０の厚みは、規格により０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲に規定されているため、任意にその厚みを変更することができない場合がある。ＥＶＡシート４０の厚みを変更することが困難である場合は、基板３から見たボンディングワイヤ１の丈を低背化することにより、ＥＶＡシート４０の厚みを、基板３から見たボンディングワイヤ１の丈よりも、その寸法が大きくなるような厚みにすればよい。
ＥＶＡシート４０は、ボンディングワイヤ１に被覆すべき部分が取り除かれているため、ボンディングワイヤ１に対するＥＶＡシート４０の自重に伴う荷重自体をなくすことができる。これにより、太陽電池モジュール１６０は、ポッティング樹脂５（図１等参照）を省いた場合においても、ワイヤ流れを防止することが可能である。
また、太陽電池モジュール１６０では、ポッティング樹脂５（図１等参照）が取り除かれているため、太陽電池素子２への光の入射を妨げ得る領域がさらに小さくなり、太陽電池素子２の発電効率をさらに向上させることができる。
但し、ＥＶＡシート４０が、基板３から見たボンディングワイヤ１の丈よりも、その寸法が小さくなるような厚みである場合、ＥＶＡシート４０を被覆したときに、ボンディングワイヤ１はＥＶＡシート４０に対して、基板３から見て上方に突出する。ボンディングワイヤ１がＥＶＡシート４０に対して突出している場合に、その上方からＰＥＴシート６を被覆すると、ボンディングワイヤ１に対するＰＥＴシート６の自重に伴う荷重に起因して、ボンディングワイヤ１におけるワイヤ流れが発生してしまう虞がある。ボンディングワイヤ１に対するＰＥＴシート６の自重に伴う荷重を発生させないため、ＥＶＡシート４０は、基板３から見たボンディングワイヤ１の丈よりも、その寸法が大きくなるような厚みであることが必要である。
なお、ＥＶＡシート４０を実現すべく、ＥＶＡシート４を太陽電池素子２等に被覆したときに基板３から見てボンディングワイヤ１の上方に位置する、ＥＶＡシート４部分を、予め取り除くためには、図７に示すとおり、取り除くべきＥＶＡシート４部分を切り取るのが好ましいが、これに限定されず、例えば、ＥＶＡシート４を太陽電池素子２等に被覆したときにＥＶＡシート４とボンディングワイヤ１とが接触しないように、取り除くべきＥＶＡシート４部分に図示しない窪みを形成してもよい。つまり、ＥＶＡシート４０は、太陽電池素子２等に被覆したときに、ボンディングワイヤ１と接触しないような構成でさえあればよい。
ここからは、本発明の別の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法として、太陽電池モジュール１６０（図６参照）を製造する各製造工程について、図８〜図１０を参照して説明する。
まずは、図２に示す製造工程と同様に、ボンディングワイヤ１の一端を、表面電極２１を介して太陽電池素子２に接続し、ボンディングワイヤ１の他端を、基板３の図示しない電極に接続することにより、ボンディングワイヤ１を用いた周知のワイヤボンディング方式により、太陽電池素子２を基板３に接続する。
図８に示す製造工程では、太陽電池素子２に、ＥＶＡシート４０を被覆する。このとき、特に基板３から見て上方からＥＶＡシート４０がボンディングワイヤ１に接触しないようにするため、ボンディングワイヤ１には、予め取り除かれているＥＶＡシート４０部分が被覆される。すなわち、本製造工程では、ボンディングワイヤ１にＥＶＡシート４０が被覆されないように、太陽電池素子２に、ＥＶＡシート４０を被覆する。
図９に示す製造工程では、ＥＶＡシート４０にＰＥＴシート６を被覆する。ここで、ＥＶＡシート４０は、基板３から見たボンディングワイヤ１の丈よりも、その寸法が大きくなるような厚みであるため、ＥＶＡシート４０にＰＥＴシート６を被覆したときに、ＥＶＡシート４０がＰＥＴシート６の基板３方向への進行を制限することにより、ＰＥＴシート６がボンディングワイヤ１と接触せず、ボンディングワイヤ１に対するＰＥＴシート６の自重に伴う荷重を発生させることがない。
図１０に示す製造工程では、ヒーター７を用いて、ＥＶＡシート４０を約１３０℃にまで加熱することにより溶融させると共に、ＰＥＴシート６を基板３に加圧して熱圧着を行い、エチレン酢酸ビニル４´（図６参照）およびＰＥＴシート６によるラミネート封止を行う。ＰＥＴシート６が、ＥＶＡシート４０にさらに被覆されているため、ヒーター７に付着してしまう心配のない、ＰＥＴシート６に対して熱圧着を施すことができ、ＥＶＡシート４０が溶融したときに、透明接着剤がヒーター７に付着する問題を解決することができる。
ラミネート封止完了後の太陽電池モジュールは、図６に示す、製品としての太陽電池モジュール１６０となる。ＥＶＡシート４０は、溶融してエチレン酢酸ビニル４´となっており、このエチレン酢酸ビニル４´は、基板３とＰＥＴシート６との間隙に充填されており、接着剤として機能する。そして、ボンディングワイヤ１および太陽電池素子２は、このエチレン酢酸ビニル４´により封止されている。
なお、太陽電池モジュール１６０には、さらに、ポッティング樹脂５（図１等参照）が設けられていても当然よい。太陽電池モジュール１６０にポッティング樹脂５をさらに設けると、ボンディングワイヤ１におけるワイヤ流れの抑制効果、および、上述した冷熱サイクルに対する、ポッティング樹脂５によるボンディングワイヤ１の保護効果は向上するものの、太陽電池素子２の発電効率は若干低下する虞がある。つまり、ポッティング樹脂５が設けられることなく、所望の、冷熱サイクルに対するボンディングワイヤ１の保護効果が得られる場合には、ポッティング樹脂５が取り除かれている、図６に示す太陽電池モジュール１６０を適用するのがより好ましい。
なお、ヒーター７としては、住宅向けの太陽電池モジュール用途の、周知のヒーターを使用するのが好ましい。住宅向けの太陽電池モジュール用途のヒーターは、熱圧着が可能な領域が非常に広大であるため、太陽電池モジュールの大量生産に好適であり、かつ、ヒーターを別途用意する必要がなくなるため、低コスト化がさらに期待できる。
そして、本発明に係る太陽電池モジュールを大量生産するための具体的な技術としては、１枚のＥＶＡシートを複数の太陽電池素子に被覆し、必要に応じてＥＶＡシートにさらにＰＥＴシートを被覆し、住宅向けの太陽電池モジュール用途の上記ヒーターを用いて、ＥＶＡシートに被覆されたＰＥＴシート（ＰＥＴシートを使用しない場合、ＥＶＡシート）を基板に熱圧着して複数の太陽電池素子を封止した後、切断して各太陽電池素子を１個毎に切り分けて、１個の太陽電池モジュールを完成させる。これにより、本発明に係る太陽電池モジュールの大量生産は、実現可能である。
本発明に係る太陽電池モジュールでは、ＥＶＡシートを用いて封止を行う技術にかわり、透明である液体状のシリコン材料を太陽電池素子に塗布し、太陽電池素子にガラスを接着することで、封止を行う技術が適用されてもよい。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、ワイヤ流れを防止す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ため、ワイヤボンディング方式により基板に接続された太陽電池素子を封止する任意の太陽電池モジュールおよび該太陽電池モジュールを備えた各種装置に好適に用いることができる。
１ ボンディングワイヤ（ワイヤ）
２ 太陽電池素子
３ 基板
４、４０ ＥＶＡシート（第１のシート）
４´エチレン酢酸ビニル
５ ポッティング樹脂（高粘度樹脂）
６ ＰＥＴシート（第２のシート）
２２ 太陽電池素子の表面
１００、１５０、１６０
太陽電池モジュール
２ 太陽電池素子
３ 基板
４、４０ ＥＶＡシート（第１のシート）
４´エチレン酢酸ビニル
５ ポッティング樹脂（高粘度樹脂）
６ ＰＥＴシート（第２のシート）
２２ 太陽電池素子の表面
１００、１５０、１６０
太陽電池モジュール
Claims (10)
- 太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールであって、
上記ワイヤが高粘度樹脂で封止されていることにより、上記太陽電池素子における上記基板と反対側の表面が露出されていることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 上記高粘度樹脂および太陽電池素子に、透明接着剤からなる第１のシートが被覆されて得られたもの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。
- 上記第１のシートに、透明かつ所定の耐熱性を有する第２のシートが被覆されて得られたもの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。
- 上記高粘度樹脂の温度が２５℃である場合、上記高粘度樹脂の粘度は、５Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 上記高粘度樹脂は、透明であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 上記第１のシートは、エチレン酢酸ビニルからなるシートであることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池モジュール。
- 太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、
上記ワイヤを高粘度樹脂で封止することにより、上記太陽電池素子における上記基板と反対側の表面を露出させ、
上記高粘度樹脂および太陽電池素子に、透明接着剤からなる第１のシートを被覆することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 - 上記第１のシートに、透明かつ所定の耐熱性を有する第２のシートを被覆し、
上記第２のシートを、上記基板に熱圧着することを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 太陽電池素子が、ワイヤにより、基板に接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、
上記太陽電池素子に、上記基板から見た上記ワイヤの丈よりも、寸法が大きくなるような厚みを有しており、かつ、該ワイヤに被覆すべき部分が取り除かれている第１のシートであって、透明接着剤からなる第１のシートを被覆し、
上記第１のシートに、透明かつ所定の耐熱性を有する第２のシートを被覆することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。 - 上記第２のシートを、上記基板に熱圧着することを特徴とする請求項９に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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