JP2011249736A - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 追い半田などの追加作業を必要とすることなく、配線タブの半田量を多くして、配線タブの接続力を向上させることを課題とする。
【解決手段】 複数の太陽電池の裏面側電極を裏面側配線タブ２１で接続して１つのユニット１とし、隣り合うユニット１、１を表面側の電極と接続する表面側配線タブ２０と裏面側配線タブ２１とを接続する太陽電池モジュールの製造方法であって、裏面側配線タブ２１は周囲に半田層２１ｂが設けられ、裏面側電極に裏面側配線タブ２１を接続する溶着工程で表面側配線タブ２０と接続される領域は半田層２１ｂが未溶着の状態を保ち、太陽電池の裏面側電極と裏面側配線タブ２１とを接続し、裏面側配線タブ２１の半田層２１ｂの未溶着の領域で表面側の配線タブ２０と溶着して、両配線タブ２０、２１を接続する。
【選択図】 図８

Description

この発明は、太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

太陽電池システムでは、発電源である太陽電池を外傷から保護しつつ取り扱い易くするために、通常、数十枚の太陽電池を平面上に配列してなる太陽電池モジュールが利用される。

近年、太陽電池の充電率と太陽電池の基板材料として用いられるインゴットの利用効率を高める太陽電池モジュールが特許文献１に提案されている。

この特許文献１には、斜辺を対向させることにより略長方形の輪郭となり得る四角形状の太陽電池を、前記斜辺を対向させつつ平面上に複数配置し、且つ、前記斜辺が対向する前記太陽電池同士を配線タブにて並列に接続した太陽電池モジュールが記載されている。

上記の太陽電池モジュールにおいては、例えば、太陽電池と配線タブとを半田を用いて並列に接続し、並列に接続した太陽電池ユニット同士を別の配線タブを用いて直列に接続している。通常、配線タブは、例えば、銅箔の回りに半田をディップしたものが用いられる。

この配線タブを接続する工程においては、半田をディップした裏面側の配線タブを太陽電池に押さえつけながら加熱して溶着して太陽電池同士を接続する。裏面側の配線タブで太陽電池同士を接続して太陽電池ユニットを形成している。そして、ストリングスを作成する工程で、太陽電池ユニットの表面側に接続される配線タブと隣の太陽電池ユニットの裏面側の配線タブとを接続する必要がある。この接続の際、太陽電池ユニットの裏面側の配線タブは前の工程における太陽電池間の接続の際に半田がならされるために、配線タブ間の半田量が少なくなる場合があり、配線タブの接続力の低下を生じる場合がある。

ところで、配線タブでの光学損失を低減するために、配線タブの表面側に複数の凹凸を設け、配線タブに入射した光を散乱させ、太陽電池に入射させる太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このような複数の凹凸が設けられた配線タブにおいては、凹凸が設けられた側には半田を設けない。

上記した表面側に半田を設けない配線を用いる場合には、更に、配線タブの接続力の低下を生じる問題があり、追い半田などの追加作業が発生するなどの問題が生じる。

特開２００７−２３５１１３号公報 特開２００６− １３４０６号公報

この発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたものにして、追い半田などの追加作業を必要とすることなく、配線タブの接続力を向上させることを課題とする。

この発明は、複数の太陽電池の裏面側電極を裏面側配線タブで接続して１つのユニットとし、隣り合うユニットの表面側電極を接続する表面側配線タブを、前記裏面側配線タブに接続する工程を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記裏面側配線タブは周囲に半田層が設けられ、前記裏面側電極に裏面側配線タブを接続する溶着工程で表面側配線タブと接続される領域は前記半田層が未溶着の状態を保ち、太陽電池の裏面側電極と裏面側配線タブとを接続し、前記裏面側配線タブの半田層の未溶着の領域で前記表面側の配線タブと溶着して、両配線タブを接続することを特徴とする。

また、この発明は、隣り合うユニットの前記表面側配線タブの一端を、前記裏面側配線タブの前記半田層が未溶着の領域上に配置し、
前記未溶着の半田層を溶融させて、前記表面側配線タブを前記裏面側配線タブに接続することを特徴とする。

また、前記表面側配線タブは、片面に半田層を有するタブを用いることができる。また、表面側配線タブは、表面に半田層を有さないタブを用いることもできる。さらに、前記表面側配線タブの少なくとも表面側に光を散乱させる凹凸を設ければよい。

この発明は、裏面側の配線タブと表面側の配線タブと接続される領域は、半田層が未溶着の状態を保っているので、表面側の配線タブを用いて表面側で電極と接続し、裏面側で配線タブと接続する際の溶着工程においては、裏面側の配線タブと表面側の配線タブとの間は、裏面側配線タブの半田層の未溶着部分が残っている。このため、両配線タブ間に十分な半田量が得られ、配線タブの接続力が向上し、信頼性を向上させることができる。

４分割する前の太陽電池基板の構成を示す平面図である。 分割した太陽電池を表面側から見たときの平面図である。 分割した太陽電池を裏面側から見たときの平面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池ユニットを裏面側から見たときの平面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池ユニットを表面側から見たときの平面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池ユニットを表面側から見たときの平面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池ユニットを裏面側から見たときの平面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池ユニットの接続状態を示す模式的断面図であり、（ａ）は、溶着前、（ｂ）は溶着後を示している。 この発明の実施形態に係る太陽電池ユニットの接続状態を示す模式的断面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。

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。

図１に、４分割する前の太陽電池基板１０の構成を示し、図２及び図３に分割した分割太陽電池１ａ、１ｂを示す。図示のごとく、太陽電池基板１０は、平面略正六角形の形状を有しており、表裏両面にそれぞれ電極を構成する表面側のフィンガー電極１１、バスバー電極１２と、裏面側のフィンガー電極１３、バスバー電極１４が形成されている。

太陽電池基板１０は、内部に、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（登録商標）構造の太陽電池が用いられる。

上記したフィンガー電極１１、１３は、太陽電池基板１０からキャリアを収集する電極である。図１ないし図３に示すように、フィンガー電極１１、１３は太陽電池基板１０の表面の略全域にわたって複数本互いに平行に形成される。フィンガー電極１１、１３は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成されるが、これに限るものではない。

なお、図１ないし図３に示すように、フィンガー電極１１、１３は、太陽電池１ａ、１ｂの受光面上及び裏面上において同様に形成される。

バスバー電極１２、１４は、複数本のフィンガー電極１１、１３からそれぞれキャリアを集電する電極である。図２及び図３に示すように、バスバー電極１２、１４は、フィンガー電極１１、１３と交差するように形成される。バスバー電極１２、１４は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、フィンガー電極３０と同様に銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成されるが、これに限るものではない。

なお、図３に示すように、バスバー電極１４は、太陽電池１ａ、１ｂの裏面上にも形成される。この実施形態では、裏面側に設けられるバスバー電極１４は、光の遮光に関係ないので、表面側のバスバー電極１２よりも幅広に形成することができる。

ここで、バスバー電極１１、１４の本数は、太陽電池１ａ、１ｂの大きさなどを考慮して、適当な本数に設定することができる。この実施形態に係る太陽電池１ａ、１ｂは、２本のバスバー電極１１、１４を備えるが、３本以上であっても良い。

なお、図１には、平面略正六角形状の太陽電池基板１０を示したが、擬似正六角形の太陽電池基板としても良い。また、裏面側の電極を同図に示すような櫛歯状ではなく例えば一様な面にて形成した片面入射型の太陽電池セルを用いることもできる。

図１に示す太陽電池基板１０は、２つの頂点を結ぶ直線（図中のＡ−Ａ’線）と、対向する２つの辺の２分割点を結ぶ直線（図中のＢ−Ｂ’線）にて分割され、台形状の４つのパートとされる。そして、分割された各パートを、上面側と下面側が互いに同じ方向を向くようにして組み合わせることにより、２つの太陽電池１ａ、１ｂからなる太陽電池ユニット１が構成される。

図４ないし図８に、太陽電池ユニットの構成例と太陽電池ユニット間の接続形態を示す。図４、図７はユニットを裏面側から見たときの平面図、図５及び図６はユニットを表面側から見たときの平面図である。なお、以下では、図１に示す太陽電池基板１０を４分割したときの各分割パートを単に太陽電池１ａまたは太陽電池１ｂという。

太陽電池１ａと太陽電池１ｂの電気接続時には、まず、接続される２つの太陽電池１ａ、１ｂを、上面側と下面側が互いに同じ方向を向くようにして、互いの斜辺を略ずれなく対向させる。そして、図４に示すように、これら２つの太陽電池１ａ、１ｂ裏面側のバスバー電極１４上に、２本の配線タブ２１を配置し、これら配線タブ２１により、２つの太陽電池１ａ、１ｂが並列接続される状態にて一つの太陽電池ユニット１が構成される。

図８に示すように、配線タブ２１は、例えば、厚みが１５０μｍ程度、幅が２〜３ｍｍ程度の銅箔２１ａの表面に、鉛フリー半田をディッピングして形成される。銅箔２１ａ上下面の半田層２１ｂの厚みはそれぞれ４０μｍ程度とされる。配線タブ２１をバスバー電極１４上に配置し、その部分に熱を加えて半田層２１ｂを溶融させることにより、配線タブ２１が裏面側バスバー電極１４に電気的、機械的に接続される。

この配線タブ２１の溶着作業では、次の工程で表面側から引き回される配線タブ２０と接続される領域（図中Ｄ部分）は未溶着として、配線タブ２１の周囲に半田層２１ｂが残存したままの状態を保っている。図８（ａ）は、配線タブ２１と配線タブ２０とを溶着する前の状態を示している。

そして、図９に示すように、配線タブ２０を、当該太陽電池ユニット１を構成する２つの太陽電池１ａ、１ｂの上面から、次の太陽電池ユニット１を構成する２つの太陽電池１ａ、１ｂの下面へと引き回し、配線タブ２０と次のユニット１を構成する２つの太陽電池１ａ、１ｂを接続した裏面側の配線タブ２１とを電気接続する。

この配線タブ２０は、たとえば、厚みが１５０μｍ程度、幅が２ｍｍ程度の銅箔２０ａの表面に、光の散乱を生じさせるための凹凸が形成されている。そして、凹凸が形成されていない面に鉛フリー半田をディッピングして半田層２０ｂが形成される。銅箔２０ａ下面の半田層２０ｂの厚みは４０μｍ程度とされる。配線タブ２０を配線タブ２１上に配置し、その部分に熱を加えて半田層２１ｂを溶融させることにより、配線タブ２０が裏面側の配線タブ２１に電気的、機械的に接続される。

このとき、表面側の配線タブ２０は、裏面側の配線タブ２１の一部と接続されるが、裏面側配線タブ２１と表面側の配線タブ２０と接続される領域（図中Ｄ領域）は、裏面側配線タブ２１の半田層２１ｂが未溶着の状態である。従って、配線タブ２０を用いて表面側でバスバー電極１２と接続し、裏面側で配線タブ２１と接続する際の溶着工程においては、裏面側の配線タブ２１と表面側の配線タブ２０との間は、裏面側配線タブ２１の半田層２１ｂの未溶着部分が残っている。このため両配線タブ２０、２１間に十分な半田量が得られ、配線タブ２０、２１の接続力が向上し、信頼性が向上する。

上述したように、配線タブ２０と配線タブ２１が接続される領域（図中Ｄ）は、前工程での配線タブ２１の溶着工程において、半田が未溶着のまま残っている。このため、図８に示すように、表面側に入射光を散乱させるために凹凸が設けられた配線タブ２０のように、凹凸部分に半田が少ない片面ディップのものを用いても裏面側の配線タブ２１の回りの未溶着の半田層２１ｂにより、裏面側の配線タブ２１と表面側の配線タブ２０とが確実に電気的、機械的接続が行える。このように、片面ディップの配線タブ２０を用いても追い半田などの作業を追加する必要はない。また、未溶着の半田層２１ｂを用いて接着することから、配線タブ２０は、表面に全く半田コート層を有さないものも用いることができる。

これにより、太陽電池ユニット１、１間が配線タブ２０によって直列接続される。以下、同様に、２つの太陽電池１ａ、１ｂの表面側バスバー電極１２と裏面側配線タブ２１を２本の配線タブ２０にて順次電気接続して、太陽電池のストリングスが形成される。

この発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１の概略構成について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、この実施形態に係る太陽電池モジュールの模式的断面図である

太陽電池モジュールは、複数の太陽電池ユニット１を接続した太陽電池ストリング、表面側保護材２、裏面側保護材３及び封止材４を備える。太陽電池モジュールは、表面側保護材２と裏面側保護材３との間に、封止材４によって太陽電池ストリングを封止することにより構成される。

太陽電池ストリングは、複数の太陽電池ユニット１と配線タブ２０、２１を備える。太陽電池ストリングは、太陽電池１ａ、１ｂを接続した太陽電池ユニット１を配線タブ２０によって互いに接続することにより構成される。

配線タブ２０は、太陽電池１ａ、１ｂの受光面上に形成された電極と、この太陽電池ユニット１に隣接する他の太陽電池ユニット１の裏面上に接続された配線タブ２０とに接続される。これにより、隣接する太陽電池ユニット１、１間は電気的に接続される。

表面側保護材２は、封止材４の表面側に配置されており、太陽電池モジュールの表面を保護する。表面側保護材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、封止材４の裏面側に配置されており、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（アルミニウム）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、表面側保護材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、以上のような構成を有する太陽電池モジュールの外周には、Ａｌ（アルミニウム）フレーム（図示しない）を取り付けることができる。

上記した実施形態は、台形状の太陽電池１ａ、１ｂを用い、接続される２つの太陽電池１ａ、１ｂを、上面側と下面側が互いに同じ方向を向くようにして、互いの斜辺を略ずれなく対向させて構成しているが、太陽電池１ａ、１ｂの形状は台形状に限らず、矩形状のものでもこの発明は適用できる。

また、配線タブ２０として、表面に凹凸形状を設けたタブを用いているが、凹凸を設けていない配線タブを用いてもよい。また、線形状のタブを用いることもできる。

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 太陽電池ユニット
１ａ、１ｂ 太陽電池
２ 表面側保護材
３ 裏面側保護材
４ 封止材
１１、１３ フィンガー電極
１２、１４ バスバー電極
２０、２１ 配線タブ

Claims (5)

1. 複数の太陽電池の裏面側電極を裏面側配線タブで接続して１つのユニットとし、隣り合うユニットの表面側電極を接続する表面側配線タブを、前記裏面側配線タブに接続する工程を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記裏面側配線タブは周囲に半田層が設けられ、前記裏面側電極に裏面側配線タブを接続する溶着工程で表面側配線タブと接続される領域は前記半田層が未溶着の状態を保ち、太陽電池の裏面側電極と裏面側配線タブとを接続し、前記裏面側配線タブの半田層の未溶着の領域で前記表面側の配線タブと溶着して、両配線タブを接続することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
2. 隣り合うユニットの前記表面側配線タブの一端を、前記裏面側配線タブの前記半田層が未溶着の領域上に配置し、
   前記未溶着の半田層を溶融させて、前記表面側配線タブを前記裏面側配線タブに接続することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
3. 前記表面側配線タブは、片面に半田層を有するタブである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の製造方法。
4. 前記表面側配線タブは、表面に半田層を有さないタブである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の製造方法。
5. 前記表面側配線タブの少なくとも表面側に光を散乱させる凹凸が設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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