JP2012079838A - 太陽電池モジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルを簡単且つ正確に装着できると共に、電気接続不良を防止できる。
【解決手段】太陽電池モジュールは、絶縁樹脂からなる絶縁基板と、絶縁基板の裏面に配設したバックシートと、絶縁基板の表面に配設して太陽電池セルに電気的に接続される回路層と、回路層に設置された導電性接続材と、太陽電池セルおよびこれを上下から封止する上封止材および下封止材と、最上面で太陽電池モジュールを保護するパネルからなる。下面封止材に太陽電池セルを嵌合するための窪みを有し、更に回路層の導電性接続材が下面封止材を突き抜ける構造となっている。下面封止材に形成された窪みにより太陽電池セルの実装位置精度が向上し、更に導電性接続材が下面封止材を突き抜けることで、回路層と太陽電池セルの電気接続信頼性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、裏面にプラス電極（Ｐ型半導体電極）、マイナス電極（Ｎ型半導体電極）の両電極を備える太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールとその製造方法に関する。

近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュール２００は、図８に示すように、受光側に配置された透光性基板２２０と、裏面側に配置された太陽電池モジュール用基材（バックシート）２１０と、透光性基板２２０および太陽電池モジュール用基材２１０の間に封止された多数の太陽電池セル２３０とを有している。また、太陽電池セル２３０は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム等の封止用フィルム２４０，２５０に挟まれて封止されている。

従来、太陽電池モジュールにおいては、多数の太陽電池セル２３０が、配線材２６０で電気的に直列に接続されていた。太陽電池セル２３０は、太陽光の受光面である表面側にマイナス電極、裏面側にプラス電極が設けられているため、配線材２６０で接続すると、太陽電池セル２３０の受光面の上に配線材２６０が重なり、光電変換の面積効率が低下する傾向にあった。

上述した電極の配置では、配線材２６０が太陽電池セル２３０の表側から裏側に回り込む構造になるため、各部材の熱膨張率の差が原因で配線材２６０が断線することがあった。

そこで、特許文献１，２ではプラス電極とマイナス電極の両電極がセルの裏面に設置されたバックコンタクト方式の太陽電池セルが提案されている。この方式の太陽電池セルではセル裏面で直列に接続することが可能であり、セル表面の受光面積が犠牲にならず光電変換の面積効率の低下を防止できる。また、配線材を表側から裏側に回り込む構造にしなくてもよいため、各部材の熱膨張の差による配線材の断線も防止できる。

特開２００５−１１８６９号公報 特開２００９−１１１１２２号公報

ところで、上述した太陽電池モジュールを製造する場合、太陽電池セルと回路層の間に封止材を挟む必要があり、封止材が太陽電池セルと回路層の電気的接続を妨げるという問題があった。更に、回路層と太陽電池セル個々のアライメントも必要となり、工程が煩雑になる上に、太陽電池セルの電極と回路層の導電性接続材の位置がずれると、前記と同様な電気的接続不良が発生する。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、太陽電池セルを簡単且つ正確に実装できると共に、電気接続不良を防止できるようにした太陽電池用バックシートとその製造方法を提供することを目的とする。

本発明による太陽電池モジュールは、パネルとバックシートとの間に太陽電池セルが配設され、前記太陽電池セルはその上面と下面を上封止剤と下封止材で封止され、前記バックシート上に設けられた絶縁基板の一方の面に配設され前記太陽電池セルに電気的に接続される回路パターンを有する回路層が設けられ、 前記太陽電池セルと前記回路層を接続する導電性接続材とを備えた太陽電池モジュールであって、前記下面封止材は前記太陽電池セルを嵌合するための窪みを有し、かつ、前記導電性接続材が前記下面封止材を突き抜けて前記太陽電池セルと前記回路層とが導通することを特徴とする太陽電池モジュールであることを特徴とする。

また、前記回路層の導電性接続材の形状が突起状となっている事を特徴とする。

本発明によれば、回路層上に下面封止材を設置する際に、回路層の回路パターン上に形成された突起状の導電性接続材０８０が下面封止材を貫通し、下面封止材が回路層と太陽電池セルの電気的接続を妨げるという問題が発生しない。また、下面封止材と回路層のアライメントをしておくことで、太陽電池セルを実装する際には下面封止材の窪みに合わせて太陽電池セルを嵌合すればよく、太陽電池個々のアライメントという煩雑さが解消され、実装時間短縮が可能であり、製造歩留まりも向上する。

また、突起状の導電性接続材０８０としては、錫ビスマスはんだのような低融点はんだや導電性ペーストを用いる事が好ましい。これらを用いることで、高温をかけずに太陽電池セルを実装可能であり、熱膨張率が大きく異なる構成部材によって構成される太陽電池モジュール作製において大きな利点となる。導電性接続材０８０は、後述する真空ラミネーターでラミネートされる際に下面封止材０６０を突き抜けて、太陽電池セル用配線０９０と接合させるため、導電性接続材０８０の形状は、図２に示すように、断面形状が三角形であり、先の尖った形状のものが特に好ましい。しかし、これに限定されることはなく、例えば、断面形状が台形、半球状、四角形のものでもよい。

下面封止材の厚みは１００μｍから９００μｍが好ましい。また、形成する窪みの下部の封止材厚みは５０μｍから８５０μｍが好ましい。窪み下部の封止材が薄いと電気絶縁信頼性が低下するが、導電性接続材の微細化をする事が可能であり、また厚いと電気絶縁信頼性が向上する。これらは回路層の回路パターンから適正な厚みを検討する必要がある。

本発明による太陽電池モジュールの製造方法は、バックシート上に回路シートを作成し、回路シート上に突起状の導電性接続材を設置し、太陽電池セル嵌合用の窪みを形成した下面封止材を回路シートの回路パターンに位置あわせして積層し、突起状の導電性接続材によって下面封止材を貫通させ、導電性接続材上に太陽電池セルを嵌合用の窪みに合わせて設置し、太陽電池セル上に上封止材およびパネルを積層し、全部材を真空圧着ラミネートして製造する事を特徴とする。

本発明による太陽電池モジュールの製造方法によれば、回路層と太陽電池セルが導電性接続材を介して直接接続することが可能となり、下面封止材が接続を妨げる事が無くなる。更に下面封止材と回路層のアライメントを合わせ、下面封止材の太陽電池セル設置部に窪みを設けることで太陽電池セル設置の際に個々でアライメントする必要が無くなるため、実装効率と製造収率が向上する。

本発明の実施形態による太陽電池モジュール用回路シートの製造工程を示す断面模式図である。 本発明の実施形態による太陽電池モジュール用回路シートの製造工程を示す断面模式図である。 本発明の実施形態による太陽電池モジュール用回路シートの製造工程を示す断面模式図である。 本発明の実施例１による太陽電池モジュール用回路シートの製造工程を示す断面模式図である。 本発明の実施例１による太陽電池モジュール用回路シートの製造工程を示す断面模式図である。 本発明の実施例１による太陽電池モジュール用回路シートの製造工程を示す断面模式図である。 本発明の実施例１による太陽電池モジュール用回路シートの製造工程を示す断面模式図である。 従来の太陽電池モジュールの一例を示す断面模式図である。

本発明の実施形態による太陽電池モジュール００１とその製造方法について説明する。

図１に示す第一の実施形態による太陽電池モジュール００１は、太陽光等の光を入射させるパネル０５０と、その裏面側に配設された絶縁層としての絶縁基板０２０と、パネル０５０及び絶縁基板０２０の間に間隙を開けて配列された複数の太陽電池セル０４０とを概略で積層した構成を有している。

そして、絶縁基板０２０は、その一方の面即ち太陽電池セル０４０側の面に回路層０３０が設けられており、回路層０３０の上側には上封止材０７０が、下側には下封止材０６０が配設されている。絶縁基板０２０の回路層０３０と反対側の裏面にはシールド材としてバックシート０１０が被着されている。

太陽電池セル０４０は裏面電極型であり、その下面（裏面）に電極が所定間隔で配設されている。太陽電池セル０４０の電極は回路層０３０の電極にほぼ対向して位置させられて、両者は導電性接続材０８０によって接続されている。

導電性接続材０８０は太陽電池セル０４０嵌合前は回路層０３０上に突起状に形成されており、実装時に下封止材０６０を突き抜けるようにして太陽電池セル０４０と接続される。

下封止材０６０には太陽電池セル０４０嵌合用の窪みが形成されており、下封止材０６０を回路層０３０上に設置する際にアライメントを合わせる事で、太陽電池セル０４０と回路層０３０の接続位置精度を容易に合わせる事が可能である。

ここで、太陽電池モジュール００１の製造方法について説明する。図２に示すように、まずバックシート０１０と絶縁層０２０、回路層０３０を積層し、回路層０３０の太陽電池セル接続部に導電性接続材０８０を突起状に形成する。積層方法としては、それぞれの層間に接着剤を塗布し積層する、絶縁層０２０に熱硬化性樹脂を用いて、一括積層するなどが挙げられる。また回路層の作製方法としては、導電性金属ペースト印刷や、金属エッチングによる方法などが挙げられる。また、下封止材０６０と回路層０３０が直接接触する事により不具合が生じる可能性がある場合には、回路層０３０をオーバーコート材等で被膜することも有効である。

次に、図3に示すように、回路層０３０上に太陽電池セル嵌合用の窪みを形成した下封止材０６０をアライメントを合わせて設置し、その上に太陽電池セル０４０、上封止材０７０、パネル０５０を順次設置する。この際太陽電池セル０４０は下封止材０６０の窪みに設置するだけでよく、扱いが困難な薄型のセルでもアライメントを合わせる必要なく、簡単に接続が可能である。また目視等によりアライメントを合わせて設置するため、上封止材０７０及び下封止材０６０は透明であることが好ましい。
なお、下封止材０６０の窪みの形状が熱収縮等により変形してしまう場合には、下封止材０６０の窪みの周辺（例えば窪みの四隅等）にピン等の位置固定具を刺して窪みの形状を設計どおりに引き伸ばした状態で太陽電池セル０４０を嵌めこむのがよい。

その後構成部材の全部を真空ラミネーターで一括積層し、図１に示す太陽電池モジュール００１が完成する。

次に図１に示す太陽電池モジュール００１を構成する各部材について説明する。
図１において、パネル０５０としては、例えばガラスパネル等の酸化珪素などが挙げられる。なお、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の透明樹脂基板を用いることも可能である。

また、絶縁基板０２０の太陽電池セル０４０側の面に設けた回路層０３０は、太陽電池セル０４０に電気的に接続される層である。回路層０３０は積層配列される多数の太陽電池セル０４０を電気的に直列に接続するパターンを有している。

回路層０３０を構成する材料は、例えばプリント配線板の材料からなり、電気抵抗が低い材料、例えば銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などが使用される。また、導電性高分子を使用することもできる。

回路層０３０の表面は、導電性接続材０８０との密着性を向上させるために、フラックスやプリフラックスによって表面処理が施されていることが好ましい。

下封止材０６０および上封止材０７０は封止用フィルムまたはワニスにより形成されるが、ワニスの方が安価で好ましい。封止用フィルムを用いた場合、例えばＥＶＡフィルム、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂フィルムなどが使用される。通常、封止用フィルムは、太陽電池セル０４０を挟み込むように２枚以上で使用される。

また導電性接続材０８０は低温硬化タイプであることが好ましい。導電性接続材０８０が低温硬化タイプであれば、１２０〜１６０℃という低温で太陽電池セル０４０の電極と回路層３０の電極とを導電性接続材０８０よって電気的に接続できる。

１２０〜１６０℃は、下封止材０６０および上封止材０７０を構成する封止用フィルムとして使用可能なＥＶＡフィルムの軟化、溶融、架橋が生じる温度であるから、封止用フィルムとしてＥＶＡフィルムを用いる場合には、容易に加工できる。

次に、絶縁基板０２０は、例えばＰＥＴまたはＰＥＮからなる。或いは、単層のガラスクロス等、網目状のガラス繊維からなっていてもよい。

絶縁基板０２０がガラス繊維からなる場合、膜厚が薄いために太陽電池セル０４０の熱が一方の面から他方の面に伝達して放熱効果が高く表裏面の温度差による絶縁基板０２０の反りを抑制できると共に、穴明けなどの加工が容易である。

また、絶縁基板０２０は、網目状のガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料であってもよい。この場合には、単層のガラスクロスよりも硬さが増して伸び縮みし難くなる。

絶縁基板０２０が、ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた構造であると、ＰＥＴやＰＥＮと比較して耐熱性と絶縁性がより高く耐候性も良好なため、バックコンタクト方式の太陽電池モジュール００１における太陽電池セル０４０を支持する絶縁層としてより好ましい。しかも、ガラス繊維を内蔵しているために剛性が高く、加熱加圧によっても湾曲し難いために太陽電池セル０５０を実装した状態で取り扱いが容易であり、製造段階における後工程が良好に行われる利点がある。

ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させた複合材料の一例として、網目状のガラス繊維に樹脂が含浸させられた樹脂含有繊維からなるプリプレグがある。プリプレグの繊維として、例えばガラスクロス、ガラス不織布、紙などが挙げられる。また、絶縁樹脂は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシアクリレート樹脂またはウレタン樹脂等である。

プリプレグはプリント配線板の一形態であり、プリプレグを熱で固めた完成品はプリント配線板と呼称される。ガラス繊維に絶縁樹脂を含浸させたプリプレグの完成品として、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ＢＴ材等があてはまる。

そして、絶縁基板０２０は膜厚を薄層に形成することで、太陽電池セル０４０の熱が裏面であるバックシート０１０側に伝達されて放熱効果が高く、表裏面の温度差が小さいために反りを生じにくい。絶縁基板０２０の膜厚は例えば２０μｍ〜３００μｍの範囲に形成した。

この絶縁基板０２０が単層のガラスクロスまたはこれに絶縁樹脂を含浸させたものからなると、耐熱性と絶縁性が高く電気信頼性が高い上に柔軟性と可撓性がある。

次に、太陽電池セル０４０は、例えば裏面にプラス電極およびマイナス電極を備えるバックコンタクト方式のものである。

太陽電池セル０４０はシリコンからなるものが好ましく、例えば単結晶シリコン型、多結晶シリコン型等の結晶系太陽電池セルが用いられる。これらの中でも、発電効率に優れる点では単結晶シリコン型が好ましい。太陽電池セル０４０の厚さは８０μｍ〜３００μｍの範囲とする。

太陽電池セル０４０は、例えば正方形板状や八角形板状に形成され、パネル０５０と絶縁基板２０との間に互いに間隙をあけて配列されている。特に太陽電池セル０４０を六角形、好ましくは正六角形板状に形成することで太陽電池セル間の間隙を最小化させ、太陽電池モジュール００１の面積全体に対する太陽電池セル０４０の占有面積を増大させて発電効率を向上させることができる。

バックシート０１０は絶縁基板０２０の裏面に設けて空気透過をシールドする層であり、水蒸気バリア性、酸素バリア性等の耐候性や絶縁性を有する例えばフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）フィルムが用いられている。

[実施例１]
次に本発明の第一実施形態による太陽電池モジュール１００の製造方法について図３乃至図６に基づいて説明する。

まず、裏面バックシート１１０としてPVF樹脂（商品名：テドラー デュポン株式会社）と絶縁層１２０としてPENフィルム、更に回路層１３０として３０μｍの銅箔をウレタン系接着剤を用いて順次積層した。（図４）

次に、エッチング法を用いて回路層１３０に回路を形成し、太陽電池セル（１５０μｍ厚）１４０との接続部に錫―ビスマス系はんだを用いて高さ１００μｍの突起状バンプ１８０を形成した。（図５）

回路層１３０にはアライメントマーク１３１が形成されており、太陽電池セル１４０嵌合部に型押しにて１５０μｍの窪みを形成した２２０μｍの下面封止材EVA１６０（商品名：SOLAREVA 三井ファブロ株式会社）を回路層１３０のアライメントマークと合わせて設置した。

下面封止材EVA１６０上にバックコンタクト型太陽電池セル１４０を下面封止材EVA１６０の窪みに合わせて設置し、その上から４５０μｍの上面封止材EVA１７０（商品名：SOLAREVA 三井ファブロ株式会社）、３ｍｍのパネルガラス１５０を順次積層する（図６）。この際にパネルガラスの重量により回路層１３０に形成した突起状バンプ１８０が下面封止材EVA１６０を貫通し太陽電池セル１４０に接触する。その後真空ラミネーターにて１５０℃で１０分封止を行い、太陽電池モジュール１００を作成した（図７）。

本発明により太陽電池モジュールを作成する事で、太陽電池セルと回路層のアライメントを勘弁にする事が可能であり、実装時間が軽減された。また、接続バンプを突起状とし下面封止材を突き破らせる事で、接続信頼性が向上し、生産収率が向上した。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の構成や材料等の変更が可能であり、これらも本発明に含まれる。

００１ 実施の形態における太陽電池モジュール
０１０ バックシート
０２０ 絶縁基板
０３０ 回路層
０４０ 太陽電池セル
０５０ パネル
０６０ 下封止材
０７０ 上封止材
０８０ 導電性接続材
０９０ 太陽電池セル用配線
１００ 実施例１における太陽電池モジュール
１１０ PVF樹脂
１２０ PEN
１３０ 銅回路層
１４０ バックコンタクト太陽電池セル
１５０ ガラスパネル
１６０ 下封止材EVA
１７０ 上封止材EVA
１８０ 錫―ビスマスはんだ
２００ 一般的な太陽電池モジュール
２１０ バックシート
２２０ 透過性基板
２３０ 太陽電池セル
２４０ 下封止材
２５０ 上封止材
２６０ 配線材

Claims (3)

1. パネルとバックシートとの間に太陽電池セルが配設され、
   前記太陽電池セルはその上面と下面を上封止剤と下封止材で封止され、
   前記バックシート上に設けられた絶縁基板の一方の面に配設され前記太陽電池セルに電気的に接続される回路パターンを有する回路層が設けられ、
   前記太陽電池セルと前記回路層を接続する導電性接続材とを備えた太陽電池モジュールであって、
   前記下面封止材は前記太陽電池セルを嵌合するための窪みを有し、
   かつ、前記導電性接続材が前記下面封止材を突き抜けて前記太陽電池セルと前記回路層とが導通することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記導電性接続材の形状が突起状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。
3. 下封止材に太陽電池セルを嵌合するための窪みを形成する工程と、
   バックシート上に回路シートを積層する工程と、
   回路シート上に突起状の導電性接続材を設置する工程と、
   導電性接続材の位置に合わせて下封止材を設置する工程と、
   導電性接続材を下封止材に貫通させながら積層する工程と
   導電性接続材上に太陽電池セルを嵌合するための窪みに合わせて設置する工程と、
   太陽電池セル上に上封止材およびパネルを積層する工程と、
   前記バックシートから前記パネルまでの部材を真空圧着ラミネートして太陽電池モジュールを形成する工程と
   を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。