JP2010517315A - 太陽電池モジュールのための相互接続反射リボン - Google Patents

Abstract

太陽電池モジュールは、実質的に透明な前カバーと前記前カバーの後ろに置かれた複数の活物質を備えた受光構造を有する。少なくとも１つの相互コネクタは、隣接する活物質の間に位置しており、相互コネクタは前記前カバーの方に面した反射構造を有している。

Description

本発明は、一般に太陽電池モジュールに関わる。

通常、太陽電池は、「モジュール」またはソーラーパネルに電気的に接続され、また組み合わせられる。ソーラーパネルは、前部に１枚のガラスを持ち、また後部に激しい気象（降雨、霰（雹）など）から半導体ウエハを安全に保持し、そして腐食に対する防護を与えるための樹指覆い（カプセル）を持っている。太陽電池は、通常、モジュールにおいて直列に接続され、それによりそれらの電圧が加算される。この相互接続は、２つの隣接する太陽電池上に付けられた金属の相互コネクタによって提供される。

従来のフラットパネル太陽電池モジュールにおいて、活物質(active elements)、すなわち太陽電池は、高価な材料と製造プロセスに起因してコストの最も大きな割合を占める。太陽電池モジュールのコストを削減するために、このようにモジュール中での活物質の濃度を減らす一方で、太陽電池モジュール上へ入射する光とほぼ同じ量を依然獲得することが望ましい。従って、活物質によってカバーされない領域上への入射光は、隣接する活物質の方に再び向け直されなければならない。

特許文献１（国際公開ＷＯ００１９９９０５６３１７号パンフレット）は、入射する太陽光を、活物質によってカバーされない領域から隣接する活物質の方に向け直す（リダイレクトする）構造を有する太陽電池モジュールのための解決策を示している。このように、エンボス加工されたＶグルーブおよび該グルーブ上の追加の金属反射性コーティングを備えたラミネートされたプラスチックフィルムが、反射グルーブがカバー前面ガラスシートの方に面する、という方法で、太陽電池モジュール中の隣接する活物質間に置かれる。反射グルーブは、グルーブによって反射された入射光が内部反射をもたらす臨界角より大きな角度でカバーガラスの前面に入射するように、またさらに活物質に向かって進むように、ある角度を持っている。本発明では、反射フィルムは、セル相互接続と干渉しうる２つの隣接するセル間のギャップ中に置かれる。反射フィルムの金属被覆はまた、太陽電池と相互接続された一続きの太陽電池との間の絶縁に影響を与えうる。

国際公開ＷＯ００１９９９０５６３１７号パンフレット

本発明の目的は、太陽電池、相互コネクタ、太陽電池によってカバーされなかった領域から太陽電池に向かって入射光を向け直す（リダイレクトする）ための反射部材を有する太陽電池モジュールの態様を単純化することである。本発明の目的は、さらに完全に、または部分的に、上述された問題を解決することである。本発明においては、２つの隣接するセルを電気的に相互接続し、そしてこれらのセルの方に入射太陽光を向け直す機能が、１つの部材中に組み合わせられる。さらにこの部材は、異なった気候条件の下で熱膨張によって起こされた太陽電池の間の力学的応力を緩和することが可能な１つの実施態様にある。

本発明の目的は各請求項における特徴によって解決される。本発明の一実施態様によれば、太陽電池モジュールは、実質的に透明な前カバーを持った受光構造と、前記前カバーの後ろに置かれた複数の活物質と、少なくとも１つの電気的伝導層を備えて隣接する２つの前記活物質を最低限相互接続する複数の相互コネクタと、を有し、前記相互コネクタは、前記前カバーの前面への入射光を方向付け、さらに前記活物質上に内部反射させるための、前記前カバーの方に面する反射構造を持つ。

本発明の他の実施態様によれば、相互コネクタは活物質の間で３０％−１００％の領域をカバーしている。

さらに他の実施態様によれば、相互コネクタは、前記２つの相互接続された隣接する活物質の間に応力緩和を提供するためのスプリング部材を持つ。

本発明の一実施態様によれば、相互コネクタはＶグルーブ形態であり、前記反射構造と応力緩和とを同時に提供するために反射性コーティングされる。

一実施態様によれば、相互コネクタは、前記相互コネクタの厚さより小さいＶグルーブをエンボス加工され、前記反射構造を提供するために反射性コーティングされる。

他の実施態様においては、エンボス加工されたＶグルーブを備えた追加の重合体フィルム、および反射性コーティングが、前記反射構造を提供するために前記相互コネクタに付けられる。

その重合体フィルムは既製の構造化された、反射性コーティングされたテープでありうる。

その重合体フィルムは、前記相互コネクタ上に直接、コーティングされ、エンボス加工され、硬化され、および反射性コーティングされた液体、または柔軟な樹指によって作られうる。

一実施態様においては、前記Ｖグルーブの角度は、該Ｖグルーブに入射する光が、臨界角より大きな角度で前記透明な前カバー中に後方反射されるようなものである。

前記Ｖグルーブの頂角は、例えば１１０°から１３０°の範囲にある。

反射性コーティングは、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、または反射性重合体層でありうる。

反射性コーティングは、追加の透明な保護コーティングによって腐食から保護されうる。

活物質は一態様において裏面接触型太陽電池(back contacted solar cell)である。

一実施態様においては、活物質は裏面、および表面接触型太陽電池(back- and front contacted solar cell)である。

相互コネクタは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなどのような良電気伝導性の金属または合金から作られうる。

相互コネクタは、はんだ付けによって前記活物質に接続されうる。

一実施態様において、前記相互コネクタの少なくとも接触領域は、さらに良好なはんだぬれ性を提供するためにすずまたはその合金の１つによってコーティングされる。

一実施態様において、反射構造からの追加の放射照度を備えた太陽電池または太陽電池領域は、より高い接触指濃度(contact finger density)を持っている。

本発明は、添付の図面を伴った詳細な説明からいっそう完全に理解することができよう。

本発明による太陽電池および相互コネクタを有する完全な太陽電池モジュールである。 本発明による相互コネクタによって相互接続された２つの隣接する太陽電池の前面図及び裏面図である。 本発明によって設計された様々な相互コネクタである。 裏面から裏面へ、および裏面から前面へのセル相互接続の断面図である。 この図は、相互コネクタ上に好ましい構造を提供する３つの異なった方法の詳細な断面図を示す。 相互コネクタ上の反射構造の原理を示す。

図１は、ある数の直列に相互接続された太陽電池２を備え、一方、太陽電池２が相互コネクタ３によって相互接続された、完全な太陽電池モジュール１を示す。他の太陽電池２および相互コネクタ３の１つ以上の列が、透明な前カバーの後ろに相互接続され、そして透過的にカプセル化（密封）される。この前カバーはガラスのシートでありうるが、その一方で、ＥＶＡが透明なカプセル化材料として使われうる。

図２を参照すると、図１に示した相互接続の詳細を示し、２つの隣接する太陽電池２ａおよび２ｂが相互コネクタ３によって相互接続されている。前面、すなわち相互コネクタ３の受光面は、反射構造４によって実質的に完全にコーティングされる。相互コネクタ３は、その長手方向エッジ上に、細長いバー６に接続された接続部材５を有する。これらは、太陽電池の上で、はんだ付け、または何らかの他の適切な接続手段によって、対応する接続アイランドに接続されうる。相互コネクタ３は、銅のような良電気伝導性を備えた材料から作られうる。

接続部材は相互コネクタ３の主要本体に対して、また相互コネクタ３に接続された他の接続部材に対して少し動くことができる。この相互コネクタ配置は、相互コネクタの十分な硬さを確保する一方で、太陽電池アセンブリにおける異なった部分間でのいくらかの相対的な運動を可能にするために、好ましくは柔軟である。この設計は、異なった動作温度下での熱膨張によって引き起こされる相互接続された太陽電池２ａ及び２ｂの変位を補償するための、相互コネクタ３の応力緩和スプリング構造をもたらす。バー６は、接続部材５と相互コネクタ３の主要本体との間にさらに良好な応力緩和をも提供するために、曲がりくねった設計としうる。

図３ａから図３ｄは、様々な典型的な相互コネクタ設計を示す。図３ａは、中央の領域において反射性表面４と、太陽電池に接続される接続部材５ａとしての両方の長手方向エッジとを備えた相互コネクタの非常に基本的な設計を示す。太陽電池の接触設計に応じて、単一の接続部材５ｂを、図３ｂで示すように相互コネクタから引き出されるように、配置することもできる。

異なった動作温度下での熱膨張によって引き起こされる相互接続された太陽電池の変位を補償するための、相互コネクタの応力緩和スプリング構造をもたらす設計が、図３ｃおよび図３ｄに示されている。図３ｃを参照すると、薄いバー６ｃのみによってそれぞれの接続部材５ｃがさらに高い弾性を提供する相互コネクタに連結されるように、それぞれの接続部材５ｃに隣接する相互コネクタ中に開口部７ｃが作られる。

図２の実施形態に対応する図３ｄで示さられた設計では、接続部材５ｄが相互コネクタのエッジから引き出され、そしてそれぞれが、相互コネクタの主要本体と接続部材５ｄとの間に薄いギャップ７ｄを形成するさらに長いバー６ｄによって連結される。バー６ｄは、接続部材５ｄと相互コネクタの主要本体との間にさらに良好な応力緩和をも提供するために、曲がりくねった設計としうる。

太陽電池モジュール１に使われる太陽電池のタイプに応じて、相互接続を適用する２つの方法がある。図４ａに示されるように、相互コネクタ３は、裏面上の両方の太陽電池の上に接続部材５を接続することによって、太陽電池２ａおよび２ｂを相互接続するように適用されうる。図４ｂにおいて、相互コネクタ３の接続部材５ａは太陽電池２ａの裏面に接続され、そして相互コネクタ３の接続部材５ｂは隣接する太陽電池２ｂの前面に接続される。

好ましくは、太陽電池上の金属で覆われた対応する接続アイランドへの相互コネクタ３の接続部材５の接続は、はんだ付けによってなされる。従って、少なくとも接続部材５のすずコーティングが適切であるが、完全な相互コネクタ３のコーティングもされうる。

図５ａは、相互コネクタ３上に反射構造４にとって好ましい形状を提供する第１の方法を示す。相互コネクタ３の本体をパンチすることによって、Ｖグルーブ（溝）を施した形状が実現され、断面において、相互コネクタ３の本体が、相互コネクタ３の厚さより高い振幅を持つが、太陽電池および覆い（カプセル化材料）の厚さより高くはないジグザグの形に現出するようになる。

反射構造４ａの反射性を改善すために、追加の反射性コーティングを適用することができる。

相互コネクタ３上の反射構造４ｂを形成する第２の方法が図５ｂに示されている。相互コネクタ３の本体をエンボス加工することは、反射構造４ｂのためのＶグルーブを提供する。これによって、グルーブの振幅は、相互コネクタ３の前面だけが構造化されている一方で、裏面は無垢のままであるように、相互コネクタ３の厚さより小さくなければならない。反射構造４ａの反射性を改善するために、追加の反射性コーティングを適用することができる。

図５ｃでは、好ましい形状を提供するための第３の方法が示されている。追加の材料、好ましくは重合体の層４ｃが、相互コネクタ３の主要本体上に付着される。それによって、追加の層４ｃはエンボス加工され、相互コネクタ３に付けられる前または後に好ましい形状を提供すしうる。必要な反射性を提供するために、追加の反射性コーティングが層に４ｃ上に堆積される。

上述の方法の１つによって提供されうる好ましい形状は、Ｖグルーブであり、それは、Ｖグルーブ上への入射光が、前カバーの前面で内部反射させられるような臨界角より大きな角度で前カバー中に後方反射されるような角度である。１１０°〜１３０°の範囲の角度がＶグルーブにとって好ましい設計である、ということが見出された。

反射構造４の反射性を改善する追加のコーティングは、好ましくはＡｇ層であるが、それだけでなく、Ａｌ、Ａｕ、反射性重合体、その他の材料とすることができる。特に太陽電池モジュール中で相互コネクタ３が密封される前に腐食によって引き起こされる、この反射性コーティングの反射性低下を妨げるために、透明な保護コーティングを反射性コーティング上に適用することができる。

図６は相互コネクタ上の反射構造の原理を示す。透明な前プレート１０は、お互いに間隔を置かれて配置された複数の太陽電池１１に重なり、太陽電池がない領域１３を提供する。太陽電池１１は、反射構造１２を持った相互コネクタによって電気的に相互接続され、前面１４と裏面１５とを持つ。反射構造１２は、太陽電池の間のギャップ１３に配置される。太陽電池のない領域１３に入射する光は、反射構造１２から反射され、そして透明な前プレート１０中に戻り、そして全反射（ＴＩＲ）によって太陽電池１１の方に、前プレート１０と空気との間の界面で再び反射する。

１ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池
２ａ 太陽電池
２ｂ 太陽電池
３ 相互コネクタ
４ 反射構造
４ａ 反射構造
４ｂ 反射構造
４ｃ 層
５ 接続部材
５ａ 接続部材
５ｂ 接続部材
５ｃ 接続部材
５ｄ 接続部材
６ バー
６ｃ バー
６ｄ バー
７ｃ 開口部
７ｄ ギャップ
１０ 前プレート
１１ 太陽電池
１２ 反射構造
１３ ギャップ
１３ 領域
１４ 前面
１５ 裏面

Claims (19)

1. 実質的に透明な前カバーを持った受光構造と、
   前記前カバーの後ろに置かれた複数の活物質と、
   隣接する活物質の間に位置した少なくとも１つの相互コネクタと、
   を有し、
   前記相互コネクタは、前記前カバーの方に面する反射構造を持つ
   ことを有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記相互コネクタは少なくとも１つの電気的伝導層を有す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. 前記相互コネクタは活物質の間で３０％−１００％の領域をカバーしてい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. 前記相互コネクタは、前記２つの相互接続された隣接する活物質の間に応力緩和を提供するためのスプリング部材を持つ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. 前記相互コネクタはＶグルーブ形態であり、前記反射構造と応力緩和とを同時に提供するために反射性コーティング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。
6. 前記相互コネクタは、前記相互コネクタの厚さより小さいＶグルーブをエンボス加工され、前記反射構造を提供するために反射性コーティング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。
7. エンボス加工されたＶグルーブを備えた追加の重合体フィルム、および反射性コーティングが、前記反射構造を提供するために前記相互コネクタに付けら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。
8. 前記重合体フィルムは既製の構造化された、反射性コーティングされたテープであ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。
9. 前記重合体フィルムは、前記相互コネクタ上に直接、コーティングされ、エンボス加工され、硬化され、および反射性コーティングされた液体、または柔軟な樹指によって作られ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。
10. 前記Ｖグルーブの角度は、該Ｖグルーブに入射する光が、臨界角より大きな角度で前記透明な前カバー中に後方反射されるようなものであることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記Ｖグルーブの頂角は１１０°から１３０°の範囲にあることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記反射性コーティングは、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、または反射性重合体層であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
13. 前記反射性コーティングは、追加の透明な保護コーティングによって腐食から保護されることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
14. 前記活物質は裏面接触型太陽電池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。
15. 前記活物質は裏面、および表面接触型太陽電池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。
16. 前記相互コネクタは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなどのような良電気伝導性の金属または合金から作られてい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。
17. 前記相互コネクタは、はんだ付けによって前記活物質に接続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。
18. 前記相互コネクタの少なくとも接触領域は、さらに良好なはんだぬれ性を提供するためにすずまたはその合金の１つによってコーティングされることを特徴とする請求項１６または１７に記載の太陽電池モジュール。
19. 反射構造からの追加の放射照度を備えた太陽電池または太陽電池領域は、より高い接触指濃度を持ってい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。

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