JP2011108982A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 この発明は、装置の誤差を考慮し、太陽電池にかかる剪断応力を少なくして、配線部材の接続時のクラックの発生を抑制でき、歩留まりを向上させる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 表面側保護部材と、裏面側保護部材と、前記表面側保護部材と前記裏面側保護部材との間にタブによって互いに接続された複数の太陽電池とを備える太陽電池モジュールにおいて、太陽電池1は、受光面に配設され、タブと接続される複数の表面側フィンガー電極110及びバスバー電極111と、裏面に配設され、タブと接続される複数の裏面側フィンガー電極120及びバスバー電極121とを有し、バスバー電極12が交互に山部121aと谷部121bとが互いに繋がることなく、バスバー電極111に対して重なり合うことなく且つ所定の間隔を有して配置されている。
【選択図】 図4

Description

この発明は、太陽電池モジュールに関し、隣接する太陽電池の表面上に形成された電極を配線部材によって接続すること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に関するものである。
太陽電池モジュールは、複数の太陽電池の電極同士が互いに銅箔等の導電部材からなる配線部材により電気的に接続され、ガラス、透光性プラスチックなどの透光性を有する表面保護部材と、PET(Poly Ethylene Terephtarlate)等のフィルムからなる背面保護材との間に、EVA(Ethylene Vinyl Accetate)等の透光性を有する封止材により封止されている。
太陽電池の電極は、その表裏面に導電性ペーストを用いて複数のフィンガー電極及びバスバー電極を有する櫛型状に形成されている。そして、1つの太陽電池の表面に設けられたバスバー電極上と、他の太陽電池の裏面に設けられたバスバー電極上に配線部材を接続することで、複数の太陽電池を直列に接続している。この太陽電池モジュールを作製する際に、太陽電池のバスバー電極と配線部材との接続には、従来、半田が用いられている。半田は、導通性、固着強度等の接続信頼性に優れ、安価で汎用性があることから広く用いられている。
一方、環境保護の観点等から、太陽電池において半田を使用しない配線の接続方法も用いられている。例えば、樹脂接着剤を有する接着フィルムを用いて太陽電池と配線材とを接続する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
接着フィルムを用いた配線の接続は、まず、接着フィルムを太陽電池のバスバー電極上に貼り着け、この接着フィルム上に配線部材を載せて、配線部材を太陽電池方向に加圧しつつ加熱することにより、樹脂接着剤により配線部材を太陽電池のバスバー電極に接続させている。バスバー電極の形状としては、配線部材の幅に対応した短冊状のもの以外に、配線部材の幅方向で折り返される線状の電極が知られている(例えば、特許文献2 図6参照)。
ところで、太陽電池の低コスト化、低資源化のためには、太陽電池を薄型化することが求められている。
上記したように、配線部材の接続を樹脂接着剤で行う方法では、配線部材を太陽電池方向に加圧している。この時の圧力の一部は、バスバー電極を通じて太陽電池に伝わる。そして、特に、太陽電池の受光面に形成されたバスバー電極と裏面に形成されたバスバー電極との位置が一致していないと、太陽電池の基板に剪断応力がかかり、基板にクラックなどが発生して歩留まりが低下するという問題がある。特に、太陽電池の薄型化に伴い剪断応力に対する対応が重要になってくる。
特開2007−214533号公報 特開2008−135652号公報 図6
図13に示すように、太陽電池1の受光面側に配設されるバスバー電極111と裏面側に配設されるバスバー電極121とが一致している場合が理想的である。バスバー電極111とバスバー電極121の位置が一致した状態で、配線部材20とバスバー電極111、121との間に、それぞれ樹脂接着フィルム(図示せず)を配置し、図中矢印に示すように、配線部材20を太陽電池1の方向に加圧する。図12に示すように、バスバー電極111とバスバー電極121の位置が完全に一致している場合には、剪断力が太陽電池1に加わることが抑制され、太陽電池1のクラックの発生が抑制される。
しかしながら、装置誤差を含めて考えたとき、図11に示すように、表面側のバスバー電極111と裏面側のバスバー電極121とが印刷ずれに起因して位置がずれる場合がある。なお、図11には、バスバー電極121と一体に形成されている裏面側のフィンガー電極120を記載している。
図11及び図13に示すように、バスバー電極111とバスバー電極121との位置がずれると、配線部材20を接続する際に、バスバー電極111とバスバー電極121との間に挟まれる太陽電池1に図中破線矢印で示すような剪断応力がかかる。この剪断応力により、最悪の場合にはクラックが発生し、歩留まりが低下するという難点がある。
この発明は、上記した従来の事情に鑑みなされたものにして、装置の誤差を考慮し、太陽電池にかかる剪断応力を少なくして、配線部材の接続時のクラックの発生を抑制でき、歩留まりを向上させることができる太陽電池モジュールを提供することをその課題とする。
この発明は、表面側保護部材と、裏面側保護部材と、前記表面側保護部材と前記裏面側保護部材との間に配線部材によって互いに接続された複数の太陽電池とを備える太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池は、受光面に配設され、前記配線部材と接続される複数の表面側フィンガー電極及びバスバー電極と、裏面に配設され、前記配線部材と接続される複数の裏面側フィンガー電極及びバスバー電極とを有し、どちらか一方のバスバー電極が交互に山部と谷部とが互いに繋がることなく、他方のバスバー電極に対して重なり合うことなく且つ所定の間隔を有して配置されていることを特徴とする。
また、前記裏面側のバスバー電極は、表面側のバスバー電極に対して機械的誤差を考慮して決定した範囲の間に、交互に山部と谷部とが互いに繋がることなく配置するように構成すればよい。
さらに、前記フィンガー電極の一部に前記山部と谷部とを接続する接続部を設けるとよい。また、前記接続部はフィンガー電極より幅を広く形成するとよい。
この発明によれば、交互に山部と谷部とが互いに繋がることなく配置することで、表面側バスバー電極と裏面側バスバー電極は、重なること無く、所定の間隔を有して配置されることになり、配線部材の接続時の加圧による剪断応力の集中は無くなり、太陽電池のクラック等の発生を抑制でき、歩留まりを向上させることができる。
この発明の実施形態にかかる太陽電池モジュールにおける太陽電池の平面図である。 図1のA−A‘線断面図である。 この発明の第1の実施形態にかかる太陽電池モジュールにおける太陽電池を示す平面図であり、(a)は受光面(表面)側、(b)は裏面側から見たものである。 この発明の第1の実施形態にかかる太陽電池モジュールにおける太陽電池の要部を示す平面図である。 この発明の第1の実施形態にかかる太陽電池モジュールを示し、図1のB−B’線断面の要部を拡大した断面図である。 この発明の第2の実施形態にかかる太陽電池モジュールにおける太陽電池を示す平面図であり、(a)は受光面(表面)側、(b)は裏面側から見たものである。 この発明の第2の実施形態にかかる太陽電池モジュールにおける太陽電池の要部を示す平面図である。 この発明の第2の実施形態にかかる太陽電池モジュールを示し、図1のB−B’線断面の要部を拡大した断面図である。 この発明の太陽電池モジュールの概略断面図である。 この発明の太陽電池モジュールのタブの接続工程を示す模式図である。 従来の太陽電池モジュールにおける太陽電池のバスバー電極部分の位置ずれ状態を示す平面図である。 従来の太陽電池モジュールのタブの接続工程を示す模式図である。 従来の太陽電池モジュールのタブの接続工程を示す模式図である。
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
この発明の第1の実施形態にかかる太陽電池モジュールにつき図1ないし図5を参照して説明する。
この太陽電池モジュールは、複数の板状の太陽電池1を備えている。この太陽電池1は、例えば、厚みが0.15mm程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系半導体からなり、1辺が125mm程度の略正方形を有するが、これに限るものではなく、他の太陽電池を用いても良い。
この太陽電池1内には、例えば、n型領域とp型領域が形成され、n型領域とp型領域との界面部分でキャリア分離用の電界を形成するための接合部が形成されている。このn型領域とp型領域は、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶半導体、GaAsやInP等の化合物半導体、非晶質状態或いは微結晶状態を有する薄膜SiやCuInSe等の薄膜半導体等の太陽電池用に用いられる半導体を単独、或いは組み合わせて形成することができる。一例として互いに逆導電型を有する単結晶シリコンと非晶質シリコン層との間に薄膜の真性な非晶質シリコン層を介挿し、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した所謂HIT構造の太陽電池が用いられる。
この太陽電池1の受光面(表面)側の表面部分には、表面電極11が形成されている。この表面電極11は、互いに並行に形成された複数のフィンガー電極110を備える。このフィンガー電極110は、例えば、フィンガー電極幅100μm、ピッチ2mm、電極厚み50μmで55本程度形成される。フィンガー電極110に直交して配線部材としてのタブ20が接続される。
図3及び図4に示すように、この表面電極11には、タブが接続される位置に合わせて折れ線状のバスバー電極111が設けられている。このバスバー電極111は次の条件に基づき設けられている。
すなわち、機械的精度によるタブの貼り付け位置の誤差をx、タブ20の幅がa、バスバー電極111の折れ線状の幅間隔をbとすると、b=a+2×|x|の関係を満足するようにして折れ線状のバスバー電極111が形成されている。例えば、タブ20の幅aが1.2mmの場合、機械精度によるタブの貼り付け位置の誤差とバスバー電極の位置精度誤差の合計が±0.2mmとして、その機械精度を考慮して、1.6mmの間隔(図中b)に、折れ線状にフィンガー電極110以上の幅でフィンガー電極110と同じ厚みのバスバー電極111が配置されるように形成されている。
図3(a)の1点鎖線で表示されているタブ20の機械的誤差を考慮した範囲内に、バスバー電極111が配置される。即ち、中心位置から図中左方向に斜めに延び0.8mm左側に達した点から右方向に斜めに折れ曲がって左端から右端まで1.6mmの位置まで延びる。そして、右端まで達すると左方向に折れ曲がるようにして折れ線状に、タブの貼り付け方向にバスバー電極111が形成されている。この実施形態では、3本のバスバー電極111が設けられている。
このようなフィンガー電極110とバスバー電極111からなる表面電極11は、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷して百数十度の温度で硬化させて形成される。
また、太陽電池1の裏面側の表面部分には、裏面電極12が形成されている。この裏面電極12は、互いに並行に形成された複数のフィンガー電極120を備える。このフィンガー電極120は、例えば、フィンガー電極幅100μm、ピッチ0.5mm、電極厚み10μmで217本程度形成される。
この実施形態においては、図3に示すように、表面電極11のフィンガー電極110の本数より、裏面電極12のフィンガー電極120の本数を多くしている。
さらに、この裏面電極12にもバスバー電極121が設けられている。この実施形態においては、表面側のバスバー電極111と裏面側のバスバー電極121が重ならず、両者の形成時の位置ずれが生じた場合においても大きな剪断応力が発生しないように、両者の位置関係が所定の範囲離間するように形成されている。
このため、図4に示すように、表面側バスバー電極111とは、所定の間隔を有して裏面側のバスバー電極121を設けている。そして、単に所定の間隔を有して配置するだけでは、図4において、山部121a‘で示すように、タブ20の機械的誤差を考慮した範囲(図中b)から多く逸脱する箇所が発生する。そこで、この実施形態においては、b/2の間隔だけ表面側のバスバー電極111と裏面側のバスバー電極121とをずらして配置し、表面側の折れ線状のバスバー電極111の各線分の半分の長さで折れ曲がる谷部121bと山部121aとを構成する。機械的誤差を考慮して決定した範囲bの間に、裏面側のバスバー電極121が配置されるように、表面側のバスバー電極111に対して交互に山部121aと谷部121bとが互いに繋がることなく配置している。
図4に示すように、一点鎖線で示すタブ20の機械的誤差を考慮した範囲(図中b)の図中上側の端から図中右斜め下方向に中心位置まで延びその中心位置から右斜め上に折れ曲がり、谷部121bが形成される。表面側のバスバー電極と同じように配置すると、一転鎖線の範囲を超えて谷部121bからさらに右斜め方向に延び谷部121bと対称の山部121a‘を形成するように折れ曲がり右斜め下方向に延びて一転鎖線を越えて中心部まで延びることになる。
この実施形態では、図4に示すように、山部121a‘は、タブ20の機械的誤差を考慮した範囲(図中b)から図中上方向に外れた位置になる。そこで、この実施形態では、この山部121a’と同じ形状の山部121aを図中矢印の方向に移動させ、下側の一転鎖線で示す端から図中上方向に山部121aを配置したものである。このように、表面側のバスバー電極111に対して機械的誤差を考慮して決定した範囲bの間に、交互に山部121aと谷部121bとが互いに繋がることなく配置することで、表面側バスバー電極111とは、重なること無く、所定の間隔を有して裏面側のバスバー電極121が配置されることになる。
このような山部121a、谷部121bからなるバスバー電極121とフィンガー電極120とからなる裏面電極12は、表面電極11と同様に、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷して百数十度の温度で硬化させて形成される。
このように構成することにより、図5に示すように、バスバー電極111、121を形成する際に印刷時の位置ずれが生じても両者には所定の間隔が予め形成されることになり、タブ20の接続時の加圧によるバスバー電極111、121に基づく剪断応力が低減されることになる。この結果、剪断応力の集中は無くなり、太陽電池1のクラック等を防ぐことができる。
上記のように、この実施形態においては、表面電極11のフィンガー電極110の本数を、裏面電極12のフィンガー電極120の本数より少なくしている。このように、表面電極11の本数を少なくすることで、太陽電池1の表面に入射する光の量を増大できるので、太陽電池特性を向上させることができる。
また、表面電極11のフィンガー電極110の厚みを、裏面電極12のフィンガー電極120の厚みより大きくすることで、表面電極11の抵抗を小さくすることができ、さらに太陽電池特性を向上させることができる。
次に、この発明の第2の実施形態にかかる太陽電池モジュールにつき図6ないし図89を参照して説明する。図6は、この発明の第2の実施形態にかかる太陽電池モジュールにおける太陽電池を示す平面図であり、(a)は受光面(表面)側、(b)は裏面側から見たものである。図7は、この発明の第2の実施形態にかかる太陽電池モジュールにおける太陽電池の要部を示す平面図、図8は、この発明の第2の実施形態にかかる太陽電池モジュールを示し、図1のA−A’線断面の要部を拡大した断面図である。
上記した第1の実施形態では、バスバー電極121の山部121aと谷部121bとが離れて形成されている。これに対して、この第2の実施形態は、離れている部分の抵抗を少なくするために、フィンガー電極120の一部に山部121aと谷部121bとを接続する接続部121cを設けたものである。その他の構成は第1の実施形態と同様であるので、ここではその説明を割愛する。
この接続部121cを設けることにより、バスバー電極121としての抵抗成分を第1の実施形態に比べて小さくできる。
そして、この第2の実施形態においては、表裏のフィンガー電極110と120とが重なる箇所にも接続部121cを設けている。そして、これら接続部121cは、フィンガー電極よりも幅を広くし、表裏のフィンガー電極110と120との間に印刷ずれが発生してもこの接続部121cと表面側のフィンガー電極110とが重なるように形成されている。
図6及び図8に示すように、タブ20が配置される箇所の表面電極11のフィンガー電極110の相対する位置の裏面側には、バスバー電極121の接続部121cが存在する。タブ接続の際に加わる圧力が接続部121cで受け止められることになる。この結果、剪断応力の集中が無くなり、太陽電池1のクラック等を防ぐことができる。
次に、上記した太陽電池1を用いて太陽電池モジュールを製造する方法につき説明する。太陽電池モジュールは、図1ないし図3に示すように、表面電極11、裏面電極12に配線部材としてのタブ20が電気的に接続される。このタブ20を表面電極11、裏面電極12に接続するために導電性接着フィルム5を用いる。まず、タブ20を接着する位置に導電性接着フィルム5を圧着する。この圧着する導電性接着フィルム5は、接続するタブ20の幅と同一若しくは少し幅の細いものが用いられる。例えば、タブ20の幅が、0.5mm〜3mmであれば、導電性接着フィルム5の幅もタブ20の幅に対応して0.5mm〜3mmにする。この実施形態においては、図1に示すように、幅1.2mmの3本のタブ20を用いている。このため、タブ20が接着される位置にタブ20の幅に対応した幅の3本の導電性接着フィルム5が太陽電池1のバスバー電極111、121上に貼り着けられている。
タブ20は、銅薄板20aで構成され、このタブの表面には、錫や半田などのコーティングを施すと良い。この実施形態では、錫をメッキしたコーティング層20bを設けている。このコーティング層20bは、軟導体層を構成する。このコーティング層は、錫を用いると説明したが、フィンガー電極110、120、バスバー電極111、121より軟らかい導電材料であって,且つ導電性接着フィルム5の接着層が硬化する温度で軟化する材料が望ましい。融点を引き下げた共晶半田を含めて、軟らかい導電性金属を使用することができる。
導電性接着フィルム5にタブ20を押圧し、押圧しながら加熱処理を施して導電性接着フィルム5の接着層を熱硬化してタブ20を表面電極11、裏面電極12に接続する。
樹脂接着フィルム5として、例えば、導電性接着フィルムが用いられる。導電性接着フィルム5としては、樹脂接着成分とその中に分散した導電性粒子とを少なくとも含んで構成されている。この内部に導電性粒子が分散された樹脂接着成分がポリイミドなどからなる基材フィルム上に設けられている。樹脂接着成分は熱硬化性樹脂を含有する組成物からなり、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。これらの熱硬化性樹脂は、1種を単独で用いるか2種以上を組み合わせて用いられ、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂が好ましい。
導電性粒子としては、例えば、金粒子、銀粒子、銅粒子及びニッケル粒子などの金属粒子、或いは、金メッキ粒子、銅メッキ粒子及びニッケルメッキ粒子などの導電性又は絶縁性の核粒子の表面を金属層などの導電層で被覆してなる導電性粒子が用いられる。
複数の太陽電池1の各々を互いに隣接する他の太陽電池1とタブ20によって電気的に接続するには、タブ20の一方端側が所定の太陽電池1の上面側の表面電極11に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池1に隣接する別の太陽電池の下面側の裏面電極12に接続するように、太陽電池1の表裏に貼り着けた導電性接着フィルム5にそれぞれタブ20を置く。
図10に示すように、そして、例えば、ホットプレート上に載せられた太陽電池1を例えば、3MPa程度の圧力でヒータブロックを用いて押圧し、タブ20を太陽電池1側にそれぞれ押し付ける。尚、図10においては、導電性接着フィルムは、図示を省略している。そして、ヒータブロック、ホットプレートの温度を樹脂接着成分が熱硬化する温度での高温加熱、例えば、120℃以上200℃以下の温度に加熱してタブ20を圧着固定させ、タブ20を固定して太陽電池1を電気的に接続して配列する。
なお、上記した実施形態では、樹脂フィルムとして導電性樹脂フィルムを用いているが、樹脂フィルムとしては導電性粒子を含まないものも用いることができる。導電性粒子を含まない樹脂接着剤を用いる場合には、裏面電極11、12の表面の一部をタブ20の表面に直接接触させることによって、電気的な接続を行う。この場合、タブ20として銅箔版等の導電体の表面に、錫(Sn)や半田等の電極11、12より柔らかい導電膜を形成したものを用い、表面電極11、裏面電極12の一部を導電膜中にめり込ませるようにして接続することが好ましい。
このようにして、タブ20により複数の太陽電池1を接続したものを、ガラスからなる表面部材41と耐侯性フィルム又はガラス、プラスチックのような部材からなる裏面部材42との間に、EVA等の透光性を有する封止材43で挟んで重ね合わせる。そして、ラミネート装置により、太陽電池1を表面部材41と裏面部材42との間に封止材シート43により封止することにより、図6に示す太陽電池モジュールが得られる。
上記太陽電池モジュールは、必要に応じて外周にシール材を用いてアルミニウムなどからなる外枠に嵌め込まれる。この外枠は、アルミニウム、ステンレス又は鋼板ロールフォーミング材等で形成されている。必要に応じて端子ボックス(図示せず)が、例えば裏面部材42の表面に設けられる。
図5には、太陽電池のA−A‘線断面における要部が拡大して示されており、図10には、タブの接続を行う工程の概略図を示している。
上記したこの発明の実施形態の太陽電池モジュールは、表面側のバスバー電極111と裏面側のバスバー電極121が重ならず、両者の形成時の位置ずれが生じた場合においても大きな剪断応力が発生しないように、両者の位置関係が所定の範囲離間するように形成されている。
上記したように、この発明の実施形態では、表面側のバスバー電極111に対して交互に山部121aと谷部121bとが互いに繋がることなく配置している。このため、機械的誤差が生じても表面側のバスバー電極111と裏面側バスバー電極121とが剪断応力が集中することがないように離間して配置される。これにより、圧着時の太陽電池1のクラック等の発生により太陽電池モジュールの不具合を解消できる。
尚、上記した実施形態においては、裏面側のバスバー電極121を交互に山部121aと谷部121bとが互いに繋がることなく配置しているが、裏面側のバスバー電極121を連続した折れ線状に形成し、表面側のバスバー電極111を交互に山部と谷部とが互いに繋がることなく配置するように構成しても良い。
また、上記した実施形態においては、太陽電池1上に3本のタブ20を用いて接続する例について説明したが、タブ20は3本に限らず、2本以上のタブ20を用いる場合にもこの発明を適用することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 太陽電池
110 フィンガー電極
111 バスバー電極
120 フィンガー電極
121 バスバー電極
120a 山部
120b 谷部
121c 接続部
20 タブ

Claims (4)

  1. 表面側保護部材と、裏面側保護部材と、前記表面側保護部材と前記裏面側保護部材との間に配線部材によって互いに接続された複数の太陽電池とを備える太陽電池モジュールにおいて、
    前記太陽電池は、受光面に配設され、前記配線部材と接続される複数の表面側フィンガー電極及びバスバー電極と、裏面に配設され、前記配線部材と接続される複数の裏面側フィンガー電極及びバスバー電極とを有し、
    どちらか一方のバスバー電極が交互に山部と谷部とが互いに繋がることなく、他方のバスバー電極に対して重なり合うことなく且つ所定の間隔を有して配置されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記裏面側のバスバー電極は、表面側のバスバー電極に対して機械的誤差を考慮して決定した範囲の間に、交互に山部と谷部とが互いに繋がることなく配置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. 前記フィンガー電極の一部に前記山部と谷部とを接続する接続部を設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記接続部はフィンガー電極より幅を広く形成していることを特徴とする請求項3に記載の太陽電池モジュール。
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KR101915506B1 (ko) 2018-02-27 2018-11-08 주성엔지니어링(주) 태양전지 및 그 제조방법

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