JP2010287378A - 太陽電池セル接続用コネクタ及び太陽電池セルの接続方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】互いに隣接する一方の太陽電池セルの表面電極と他方の太陽電池の裏面電極とを接続するコネクタであって、プラスチックフィルムの両面にそれぞれ金属箔を積層してなる帯状積層体シートにスルーホールを形成し、該スルーホールの少なくとも壁面を導電化して、上記両金属箔を導通させてなることを特徴とする太陽電池セル接続用コネクタ。
【効果】本発明によれば、太陽電池セル接続用コネクタを薄くしても強度が保たれ、ハンダや導電性接着剤を塗工しても捻るあるいは折ることを必要としないコネクタを提供することができる。また、優れた平坦性および柔軟性を有することから高温・高圧で圧着を行なっても太陽電池セルが割れにくくなり、短時間接続が可能となり、生産性の向上が期待できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに隣接する一方の太陽電池セルの表面電極と他方の太陽電池セルの裏面電極とを反転させることなく接続することができる太陽電池セル接続用コネクタ及び該コネクタを用いた太陽電池セルの接続方法に関する。

太陽電池は様々なものが存在するが、所定の電圧を得るために、複数の太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールが用いられている。このような太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの受光面に形成された表面電極と、隣接する太陽電池セルの裏面に形成された裏面電極とをコネクタにより電気的に接続している。また、コネクタとしては、一般的にハンダコートした銅線が使用されている。

ハンダは固着強度や接続信頼性に優れるが、ハンダコートした銅線と太陽電池セルとでは熱収縮率が異なるためにセルの反りや割れが発生する。特に最近では融点の高い鉛フリーハンダが使用されるようになり、また、原材料節減のために太陽電池セルが薄膜化する傾向もあり、従来のハンダ接続ではさらに割れやすくなり、生産性が低下することが考えられる。

その対応策として、フィルム状あるいはペースト状の導電性接着剤の使用が提案されている（特許文献１：特開２００７−１５８３０２号公報、特許文献２：特開２００７−２１４５３３号公報）。これらは従来のハンダ接合よりも低温度・低圧力で接合できるために応力が緩和され、不良率低減に貢献することが期待されている。

導電性接着剤を用いた太陽電池セルの接続工程においては、導電性接着剤を太陽電池セルの両面に設けるのではなく、コネクタ上に設けることが提案されている（特許文献３：特開２００８−３００４０３号公報、特許文献４：特開２００８−２９４３８３号公報）。この場合、ロール状の銅箔表面に導電性接着剤を塗工し、スリットすることによりインターコネクタを得ている。片面だけに導電性接着剤を塗工する場合、太陽電池セル間でインターコネクタを捻るあるいは折ることが必要となり、厚みが増す、強度が低下するという問題が生じる。また、銅箔の両面、表裏それぞれ反対側に導電性接着剤を塗工することも提案されているが、コネクタの機械的強度は銅箔自体に依存するために薄くすると強度が十分に保てないという問題点があった。

特開２００７−１５８３０２号公報 特開２００７−２１４５３３号公報 特開２００８−３００４０３号公報 特開２００８−２９４３８３号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、金属箔層を薄くしても強度が保たれ、また導電性接着剤を塗工しても捻るあるいは折ることを必要としないインターコネクタ及び太陽電池セルの接続方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、帯状プラスチックフィルムの両面に設けられた金属箔層が、プラスチックフィルムに設けられた導通孔を通じて電気的に導通した構造を有するコネクタを用いることにより、太陽電池セルの表側にある電極とそれに隣接する太陽電池セルの裏側にある電極とを反転させることなく接続でき、またこのコネクタが、強度に優れ、ハンダや導電性接着剤を塗工しても捻るあるいは折ることを必要としないことを見出し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、下記太陽電池セル接続用コネクタ及び太陽電池セルの接続方法を提供する。
請求項１：
互いに隣接する一方の太陽電池セルの表面電極と他方の太陽電池の裏面電極とを接続するコネクタであって、プラスチックフィルムの両面にそれぞれ金属箔を積層してなる帯状積層体シートにスルーホールを形成し、該スルーホールの少なくとも壁面を導電化して、上記両金属箔を導通させてなることを特徴とする太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項２：
プラスチックフィルムの両面全面にそれぞれ金属箔を積層すると共に、帯状積層体シートの長手方向一端から他端にかけて互いに等間隔離間する少なくとも壁面が導電化したスルーホールを形成してなる請求項１記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項３：
請求項２記載のコネクタの複数個をコネクタの幅方向にスリット形成部を介して該スリット形成部において切断可能に連設してなる太陽電池セル接続用コネクタの集合体。
請求項４：
プラスチックフィルムの両面全面にそれぞれ金属箔を積層すると共に、帯状積層体シートの長手方向中央部に１又は複数個の少なくとも壁面が導電化したスルーホールを形成してなる請求項１記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項５：
長手方向中央部のスルーホール形成位置とは外れた一方の金属箔の長手方向一端側及び他方の金属箔の長手方向他端側にそれぞれハンダ又は導電性接着剤層を形成した請求項４記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項６：
請求項４又は５のコネクタの複数個をコネクタの幅方向にスリット形成部を介して該スリット形成部において切断可能に連設してなる太陽電池セル接続用コネクタの集合体。
請求項７：
プラスチックフィルムの一面にその長手方向一端部から中央部より他端部側に延出して金属箔を積層すると共に、プラスチックフィルムの他面にその長手他端部から中央部より一端側に延出して金属箔を積層し、プラスチックフィルムの両面中央部において上記両金属箔を対向させ、この金属箔対向部に１個又は複数個の少なくとも壁面が導電化したスルーホールを形成してなる請求項１記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項８：
請求項７記載のコネクタの複数個をコネクタの幅方向にスリット形成部を介して該スリット形成部において切断可能に連設してなる太陽電池セル接続用コネクタの集合体。
請求項９：
前記プラスチックフィルムとして、ポリイミドフィルム又はポリアラミドフィルムを用いることを特徴とする請求項１，２，４，５又は７記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項１０：
前記金属箔層として、銅箔を用いることを特徴とする請求項１，２，４，５，７又は９記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項１１：
前記プラスチックフィルムに設けられたスルーホールの壁面に銅メッキを施すことにより、表裏の金属箔層を導通させることを特徴とする請求項１，２，４，５，７，９又は１０記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
請求項１２：
請求項１，２，４，５，７，９，１０又は１１記載のコネクタの一面を隣接する一方の太陽電池セルの表面電極に接続すると共に、コネクタの他面を他方の太陽電池セルの裏面電極に該コネクタを反転させることなく接続することを特徴とする太陽電池セルの接続方法。
請求項１３：
電極とコネクタとの接続をハンダ又は導電性接着剤を用いて行う請求項１２記載の接続方法。
請求項１４：
電極とコネクタとの接続を熱圧着により行うと共に、この熱圧着ツールとコネクタとの間に熱伝導性シリコーンゴムシートからなる保護シートを介在して熱圧着するようにした請求項１２又は１３記載の接続方法。

本発明によれば、太陽電池セル接続用コネクタを薄くしても強度が保たれ、ハンダや導電性接着剤を塗工しても捻るあるいは折ることを必要としないコネクタを提供することができる。また、優れた平坦性および柔軟性を有することから高温・高圧で圧着を行なっても太陽電池セルが割れにくくなり、短時間接続が可能となり、生産性の向上が期待できる。

本発明に係るコネクタの一実施形態を示す断面図（図４のＡ−Ａ’線における断面図）である。 本発明に係るコネクタの他の実施形態を示す断面図（図５のＢ−Ｂ’線における断面図）である。 本発明に係るコネクタの別の実施形態を示す断面図（図６のＣ−Ｃ’線における断面図）である。 本発明に係るコネクタ集合体の一実施形態を示す平面図である。 本発明に係るコネクタ集合体の他の実施形態を示す平面図である。 本発明に係るコネクタ集合体の別の実施形態を示す平面図である。 本発明に係るコネクタ集合体の更に別の実施形態を示す平面図である。 図７のＤ−Ｄ’線における断面図である。 本発明に係る太陽電池セルとコネクタの接続方法の一例を示す断面図である。 本発明の実施例において、太陽電池セルとコネクタを連続的に接続したときの一例を示す模式図である。 本発明の実施例において、太陽電池セルとコネクタを連続的に接続したときの他の例を示す模式図である。

以下図面を参照して本発明の態様を説明するが、本発明は下記の具体例に限定されるものではない。

本発明に係る太陽電池セル接続用コネクタ１０は、図１〜３に示したように、プラスチックフィルム１の両面にそれぞれ金属箔２，２’を積層してなる帯状積層体シート３にスルーホール４を形成すると共に、このスルーホール４の少なくとも壁面を金属メッキ等の手段により導電層５を形成し、上記両金属箔２，２’を導通させてなるものである。

プラスチックフィルム１としては、高い耐熱性を有するポリイミドフィルム又はポリアラミドフィルムが好適に使用される。また、金属箔２，２’としては、銅箔、アルミニウム箔が好適に使用されるが、圧延銅箔や電解銅箔などの銅箔が最も好ましい。

プラスチックフィルム１の厚さは、通常５〜１５０μｍの範囲であり、特に好ましくは１０〜５０μｍの範囲である。５μｍ未満では機械的強度が低下することがあり、また１５０μｍを超えると柔軟性が低下することがある。

また、金属箔２，２’の厚さは５〜５０μｍ、特に５〜３０μｍが好ましい。柔軟性を向上させるには薄い方が良いが、５μｍ未満の場合、機械的強度が不足するので取り扱い性が悪くなることがあり、５０μｍを超えると柔軟性が不足するおそれがある。

両面に金属箔層を有するプラスチックフィルムとしては、ポリイミドフィルムに銅箔を積層した３層フレキシブル銅張積層板が広く知られており、市販品を使用することができ、例えば信越化学工業（株）からＫＶシリーズとして上市されているものが挙げられる。

銅張積層板にスルーホールを形成し、その内側を導電化して両面の銅箔を導通させることは、この銅張積層板を用いたプリント配線基板を多層化、高密度化、微細化するときに一般的に用いられる手法であり、特にその方法は問わない。表裏の銅箔を導通させる方法として、例えば、特開２００７−３５７１６号公報、特開２０００−１５１０４７号公報、特開平５−２９９８０１号公報に記載された方法が挙げられ、銅メッキによりスルーホール（貫通孔）に導電層を形成することが好ましい。

ここで、図１のコネクタ１０は、プラスチックフィルム１の両面全面にそれぞれ金属箔２，２’が積層され、長手方向に沿ってスルーホール４が互いに等間隔離間して多数形成されているものであるが、このコネクタ１０の幅方向にスリット形成部６を介して該スリット形成部６において切断可能に複数のコネクタ１０を連設したコネクタ集合体１２とし、これを上記長手方向に沿ってロールに巻き取り、使用時にロールより繰り出してスリット形成部６位置で切断して用いることができる。図４はこれを示すもので、図中矢印Ｘはロール巻き取り方向、矢印Ｙは繰り出し方向を示し、６がスリット形成部位置で、Ａ−Ａ’線における断面が図１に示す断面となる。このコネクタ集合体１２によれば、コネクタ１０を任意の位置で切断して使用できるメリットがある。

図２のコネクタ１０は、プラスチックフィルム１の両面全面にそれぞれ金属箔２，２’が積層され、長手方向の中央部に複数個のスルーホール４（図中３個、但しスルーホール４の形成個数はこれに限られず、１個でもよい）を形成したもので、このコネクタ１０の幅方向に沿って多数のコネクタ１０をスリット形成部６を介して該スリット形成部６において切断可能に連設してコネクタ集合体１４を形成するようにしてもよい。この場合、この集合体１４のロール巻き取り、繰り出し方向は、上記コネクタ１０の幅方向（多数のコネクタ１０の連設方向）とすることができ、従ってスリット形成部６は上記巻き取り、繰り出し方向に対し直角方向に形成される。図５はこれを示すもので、図中Ｂ−Ｂ’線の断面が図２に示す断面となる。この図２に示すコネクタ１０は、中央部のスルーホール形成部より長手方向一端側を一方の太陽電池の表面電極に接続し、他端側を他方の太陽電池の裏面電極に接続して使用することができ、この場合、コネクタと電極との接続にはハンダ又は導電性接着剤により行うことができるが、この場合、上記コネクタ１０の中央部のスルーホール形成部は、かかる接続領域と外れて位置させることができ、スルーホールがハンダ又は導電性接着剤７と接触する部分にないので、均一な圧着が可能になる。

図３のコネクタ１０は、プラスチックフィルム１の一面にその長手方向一端部から中央部より他端部側に若干延出して金属箔２を積層すると共に、プラスチックフィルム１の他面にその長手方向他端部から中央部より一端部側に若干延出して金属箔２’を積層し、プラスチックフィルム１の両面中央部において上記両金属箔２，２’が互いに対向し得るようにしたものであり、この金属箔対向部にスルーホール４を形成し、両金属箔２，２’を導通したものである。このコネクタ１０も、図５のコネクタ集合体１４と同様に、コネクタ１０の幅方向に沿って多数のコネクタ１０をスリット形成部６を介して該スリット形成部６で切断可能にコネクタ集合体１６を形成するが、この集合体１６のロール巻き取り方向、繰り出し方向は上記コネクタの幅方向（多数のコネクタ１０の連設方向）であり、従ってスリット形成部６も上記巻き取り、繰り出し方向に対し直角方向に形成される。図６はこれを示すもので、Ｃ−Ｃ’線断面が図３に示す断面となる。この図３のコネクタ１０、図６の集合体１６は、金属箔がプラスチックフィルム全面ではなく、プラスチックフィルムに部分的に積層されているので、金属箔使用量が少なくて済み、経済的である。

図７，８は、図２のコネクタ及び図５のコネクタ集合体において、コネクタ１０の一面側金属箔２の中央部のスルーホール形成部より長手方向一端側にハンダ又は導電性接着剤層７を形成すると共に、コネクタ１０の他面側金属箔２’の中央部のスルーホール形成部より長手方向他端側にも同様のハンダ又は導電性接着剤層７’を形成したものであり、コネクタ集合体１８はこのコネクタ１０を多数上記のように連設したものである。この構造では、太陽電池セル１枚毎にハンダ又は導電性接着剤を設ける工程を省略することが可能となるので生産性が高く、有利である。なお、ハンダ、導電性接着剤としては公知のものが使用できる。

また、帯状積層体シート３に設けるスルーホール４の大きさは、表裏金属箔層間の安定した導通を得るためにも２０μｍ以上とすることが好ましい。個数、場所に関しては、スリット後のフィルム強度と抵抗値、さらにコネクタの供給方法を考慮して設定する必要がある。

図９は太陽電池セルとコネクタとの接続方法を示したもので、太陽電池セル２０の表面電極（集電電極）２１に対し、図２に示すコネクタ１０の一方の金属箔２の中央スルーホール形成部より一端側をハンダ又は導電性接着剤層７を介して当接し、このコネクタ１０の他方の金属箔２’上に熱伝導性シリコーンシートからなる保護シート２２を載置し、この保護シート２２を介して熱圧着ツール２３により太陽電池セル２０とコネクタ１０とを熱圧着し、上記裏面電極２１とコネクタ１０の一方の金属箔２とをハンダ又は導電性接着剤層７によって接着、接続するものである。この場合、上記コネクタ１０の他方の金属箔２’の他端側を隣接する太陽電池セルの裏面電極と上記と同様にして接続するもので、スルーホール４は互いに隣接する太陽電池セル間に存する。図９中では表面電極の接続だけを示しているが、太陽電池セルの表裏両面の電極を同時に接続しても良い。接続温度及び圧力条件はハンダ又は導電性接着剤層７の種類に依存するが、セルが薄膜の場合、低温・低圧での接続が可能な導電性接着剤が有利である。具体的には、熱圧着ツール２３の設定温度が１００〜１５０℃、圧着圧力が０．５〜５ＭＰａ、圧着時間が０．５〜５秒程度で接続することができる。特に本発明のコネクタを用いることにより、従来の硬いハンダコート銅線などと比較して、コネクタと太陽電池セルの熱収縮差又は圧迫によるセルの割れが減少することが可能である。

図９で示した圧着工程を繰り返すことで、太陽電池セルは図１０に示すように連続的に接続される。従来のハンダ銅線のような硬いコネクタを用いるとセルが割れやすいためにセル同士を水平に維持する必要があった。それに対して、本発明に係るコネクタは柔軟性に優れるため、セル間を接続後に折り畳むことも可能であり、製造工程の自由度が増す。また、図１１に示すように曲面状のモジュールを形成することも可能である。

以下、本発明を実施例及び比較例によって更に詳述するが、本発明は下記実施例によって限定されるものではない。

（両面銅張積層板コネクタ）
帯状積層体シートとして、信越化学工業（株）製ＫＶ−２５ＤＥ０９Ｃ（厚さ４１μｍ、銅箔層／ポリイミド層／銅箔層＝８μｍ／２５μｍ／８μｍ）を幅２ｍｍ×長さ２０ｃｍにカットしたものを用いた。
さらに片末端から３ｃｍの位置に直径０．１ｍｍのスルーホールを３つ設け、これらの穴を常法により無電解銅メッキ、更に電解銅メッキ液に浸漬、通電させることでスルーホール内壁面に銅メッキ層（導電層）を有するコネクタを得た。

（熱伝導性シリコーンゴムシート）
保護シートとして、信越化学工業（株）製ＨＣ−２０ＭＳ（厚さ０．２ｍｍ、幅４００ｍｍ、長さ１００ｍ、熱伝導率０．８５Ｗ／ｍＫ）を裁断して用いた。

（ハンダメッキ銅線コネクタ）
表面をＳｎ−Ａｇメッキでディップコートした平角形の断面形状を有する銅線（幅２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）を準備した。

（太陽電池セル）
幅２ｍｍの銀系バスバー集電電極がコネクタ接続用の表面電極及び裏面電極として設けられた幅１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×厚さ１６０μｍのシリコン多結晶太陽電池セルを準備した。

（導電性接着剤）
エポキシ系絶縁接着剤に平均粒径６μｍの表面に金メッキしたニッケル粒子を配合した組成物を幅２ｍｍ×厚さ４５μｍのフィルム状に成形したものを準備した。

［実施例１〜４］
太陽電池セル上の表面集電バスバー電極（幅２ｍｍ×長さ１５ｃｍ）上に導電性接着剤を転写した。次に図９に示すように、導電性接着剤上に両面銅張積層板コネクタを導通孔が太陽電池セル上から外れるように載せて、その上に緩衝材（保護シート）として熱伝導性シリコーンゴムシートを置き、さらにその上から高温の熱圧着ツール（断面積：３．５ｍｍ×２００ｍｍ）で加圧することでコネクタをセルに固定した。熱圧着ツールの設定温度と圧力を表１記載のように変えて（時間は５秒に固定）評価サンプルを作製して評価を行なった。

［比較例１〜３］
実施例１と同じ条件で、両面銅張積層板コネクタの代わりにハンダコート銅線（Ｓｎ−Ａｇメッキをディップコートした銅線、幅２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）を２０ｃｍの長さにカットしたものを用いた以外は、実施例と同様にして評価サンプルを作製して評価を行った。

［比較例４〜６］
比較例１〜３において、導電性接着剤を除き、ハンダコート銅線を直接集電電極に置いたこと以外は、実施例と同様にして評価サンプルを作製して評価を行った。

［評価方法］
（１）コネクタ固定評価
セルとコネクタの固定状態を目視して観察評価した。
可 ：ハンダ又は導電性接着剤が溶融してコネクタが固定された。
不可：ハンダ又は導電性接着剤が十分に溶融せずに固定できなかった。
割れ：圧力が高いために半数以上のセルが割れた。
（２）集電電極とコネクタの導通評価
集電電極とコネクタ間の電気抵抗をテスタを用いて測定し、導通の有無を確認した。
（３）セル割れ（圧着時）
セルの割れが発生した割合を目視して確認した（セル１０枚に対する発生率）。
（４）セル割れ（圧着後）
セルからはみ出したコネクタ部分を上下に９０度折り曲げたときのセルの欠けの有無を目視して評価した。
（５）シート汚れ
シリコーンシートの汚れ具合を目視して評価した。

実施例１〜４の結果を表１に、比較例１〜６の結果を表２に示す。

１ プラスチックフィルム
２ 金属箔
３ 帯状積層体シート
４ スルーホール
５ 導電層
７ ハンダ又は導電性接着剤層
１０ 太陽電池セル接続用コネクタ
２０ 太陽電池セル

Claims (14)

1. 互いに隣接する一方の太陽電池セルの表面電極と他方の太陽電池の裏面電極とを接続するコネクタであって、プラスチックフィルムの両面にそれぞれ金属箔を積層してなる帯状積層体シートにスルーホールを形成し、該スルーホールの少なくとも壁面を導電化して、上記両金属箔を導通させてなることを特徴とする太陽電池セル接続用コネクタ。
2. プラスチックフィルムの両面全面にそれぞれ金属箔を積層すると共に、帯状積層体シートの長手方向一端から他端にかけて互いに等間隔離間する少なくとも壁面が導電化したスルーホールを形成してなる請求項１記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
3. 請求項２記載のコネクタの複数個をコネクタの幅方向にスリット形成部を介して該スリット形成部において切断可能に連設してなる太陽電池セル接続用コネクタの集合体。
4. プラスチックフィルムの両面全面にそれぞれ金属箔を積層すると共に、帯状積層体シートの長手方向中央部に１又は複数個の少なくとも壁面が導電化したスルーホールを形成してなる請求項１記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
5. 長手方向中央部のスルーホール形成位置とは外れた一方の金属箔の長手方向一端側及び他方の金属箔の長手方向他端側にそれぞれハンダ又は導電性接着剤層を形成した請求項４記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
6. 請求項４又は５のコネクタの複数個をコネクタの幅方向にスリット形成部を介して該スリット形成部において切断可能に連設してなる太陽電池セル接続用コネクタの集合体。
7. プラスチックフィルムの一面にその長手方向一端部から中央部より他端部側に延出して金属箔を積層すると共に、プラスチックフィルムの他面にその長手他端部から中央部より一端側に延出して金属箔を積層し、プラスチックフィルムの両面中央部において上記両金属箔を対向させ、この金属箔対向部に１個又は複数個の少なくとも壁面が導電化したスルーホールを形成してなる請求項１記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
8. 請求項７記載のコネクタの複数個をコネクタの幅方向にスリット形成部を介して該スリット形成部において切断可能に連設してなる太陽電池セル接続用コネクタの集合体。
9. 前記プラスチックフィルムとして、ポリイミドフィルム又はポリアラミドフィルムを用いることを特徴とする請求項１，２，４，５又は７記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
10. 前記金属箔層として、銅箔を用いることを特徴とする請求項１，２，４，５，７又は９記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
11. 前記プラスチックフィルムに設けられたスルーホールの壁面に銅メッキを施すことにより、表裏の金属箔層を導通させることを特徴とする請求項１，２，４，５，７，９又は１０記載の太陽電池セル接続用コネクタ。
12. 請求項１，２，４，５，７，９，１０又は１１記載のコネクタの一面を隣接する一方の太陽電池セルの表面電極に接続すると共に、コネクタの他面を他方の太陽電池セルの裏面電極に該コネクタを反転させることなく接続することを特徴とする太陽電池セルの接続方法。
13. 電極とコネクタとの接続をハンダ又は導電性接着剤を用いて行う請求項１２記載の接続方法。
14. 電極とコネクタとの接続を熱圧着により行うと共に、この熱圧着ツールとコネクタとの間に熱伝導性シリコーンゴムシートからなる保護シートを介在して熱圧着するようにした請求項１２又は１３記載の接続方法。

Images