JP2012134210A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、製造工程中における太陽電池を構成している各構成部材のダメージを軽減することができ、かつ、ガラス基板上におけるタブ配線および結晶シリコン系太陽電池セルの位置のズレを防止することができる、太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽電池の製造方法は、バスバー電極３を有する結晶シリコン系太陽電池セル１を作製する。そして、結晶シリコン系太陽電池セル１が配設されるガラス基板６上に、タブ配線５を接合する。その後、タブ線５とバスバー電極３とを接触させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関するものであり、より具体的には、結晶シリコン系太陽電池の製造方法に関するものである。

従来より、太陽電池では、結晶シリコン系太陽電池セルが一般的に用いられている。当該結晶シリコン系太陽電池セルは、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板から作製される、太陽電池を構成する最小単位のセルであり、約１００ｍｍ角程度の大きさである。

当該結晶シリコン系太陽電池セルをモジュール化工程によりモジュール化することにより、大面積の太陽電池が作製される。当該モジュール化工程に関しては、たとえば非特許文献１に開示されている。

モジュール化工程には、ストリング工程、レイアップ工程およびラミネーション工程などが含まれており、これらの工程が開示されている先行文献として、たとえば特許文献１や特許文献２などが存在する。

ストリング工程では、複数の結晶シリコン系太陽電池セルを、タブ配線を用いて、直列的接続する。ここで、従来のストリング工程では、結晶シリコン系太陽電池セルのバスバー電極とタブ配線とは、はんだ付けにより接続されている。当該ストリング工程により作製されたものを、太陽電池ストリングと称することとする。

当該太陽電池ストリングを、複数列配列させ、結晶シリコン系太陽電池セルがマトリクス状に配置される。結晶シリコン系太陽電池セルがマトリクス状に配置されたものを、マトリクス化太陽電池セルと称することとする。ここで、マトリクス化太陽電池セルの端部に存する、隣接するタブ配線同士は、集電電極を用いて電気的に接続される。

レイアップ工程において、上記マトリクス化太陽電池セルを、ガラス基板、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）および保護部材等を用いて挟み込み、ラミネーション工程において、レイアップ工程後の積層体が封止される。

特開２００５−２１６９６３号公報 特開２００１−６０７０６号公報

「株式会社エヌ・ピー・シー の有価証券報告書」、平成２２年９月２８日検索、インターネット＜ｈｔｔｐ：//ｗｗｗ.ｕｆｏｒｅａｄｅｒ.ｃｏｍ/ｖ１/ｓｅ/Ｅ０１７３４＿００７０ＨＨＫ９＿５＿５.ｈｔｍｌ＞

しかし、上記工程により太陽電池を製造した場合には、次の問題点があった。

つまり、マトリクス化太陽電池セルは、複数の結晶シリコン系太陽電池セルを、薄厚のタブ配線のみを用いて接続された構造物であるので、非常に機械的強度が弱く、また各結晶シリコン系太陽電池セルの位置が変動しやすい。

したがって、レイアップ工程などにおいて、結晶シリコン系太陽電池セルおよびタブ配線は機械的ダメージを受け、また、レイアップ工程やラミネーション工程において、ガラス基板上におけるマトリクス化太陽電池セルの位置が、容易にズレる、などといった各種問題が発生する。当該問題の発生は、太陽電池モジュールの歩留まり悪化の要因となっていた。

また、結晶シリコン系太陽電池セルとタブ配線とは、はんだ付けにより接続されていた。当該はんだ付けでは、高温の熱が印加されることから、当該高温が印加された部材において、熱的ダメージを受けることもあった。

そこで、本発明は、製造工程中における太陽電池を構成している各構成部材のダメージを軽減することができ、かつ、ガラス基板上におけるタブ配線および結晶シリコン系太陽電池セルの位置のズレを防止することができる、太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る太陽電池の製造方法は、（Ａ）バスバー電極を有する結晶シリコン系太陽電池セルを作製する工程と、（Ｂ）前記結晶シリコン系太陽電池セルが配設されるガラス基板上に、タブ配線を接合する工程と、（Ｃ）前記工程（Ｂ）の後、前記タブ線と前記バスバー電極とを接触させる工程とを、備えている。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、（Ａ）バスバー電極を有する結晶シリコン系太陽電池セルを作製する工程と、（Ｂ）前記結晶シリコン系太陽電池セルが配設されるガラス基板上に、タブ配線を接合する工程と、（Ｃ）前記工程（Ｂ）の後、前記タブ線と前記バスバー電極とを接触させる工程とを、備えている。

したがって、ガラス基板により補強されているマトリクス状に配列された結晶シリコン系太陽電池セルを、レイアップ工程以降の工程で用いることができる。よって、製造工程において結晶シリコン系太陽電池セルが機械的ダメージを受けることを抑制することができる。

また、ガラス基板上に結晶シリコン系太陽電池セルを配設する前に、ガラス基板に対してタブ配線が接合固定されている。したがって、ガラス基板上において、タブ配線が所望の配置位置からズレることを防止でき、ガラス基板上に、タブ配線を精度よく配置させることが可能となる。また、精度良く配置されたタブ配線を基準に、各結晶シリコン系太陽電池セルをガラス基板上方に配列させることができる。よって、本発明に係る太陽電池の製造方法では、ライン工程による自動化作業が可能となる。

また、バスバー電極とタブ配線とを接触させることにより、電気的接続を可能せしめている。つまり、バスバー電極とタブ配線との接続において、はんだ付け等の高温処理（たとえば、２５０℃以上）を施すことは、本発明では行っていない。したがって、結晶シリコン系太陽電池セルなどに高温によるダメージを与えることも防止できる。

各種電極２，３が形成された結晶シリコン系太陽電池セル１の構成を示す平面図である。 バスバー電極３を含む結晶シリコン系太陽電池セル１の構成を示す断面図である。 水平部５ａと立上り部５ｂとから成るタブ配線５の構成を示す断面図である。 ガラス基板６の主面上に配置された、複数のタブ配線５および集電電極８の様子を示す平面図である。 ガラス基板６の主面上に配置された、複数のタブ配線５および集電電極８の様子を示す断面図である。 タブ配線５の水平部５ａに、結晶シリコン系太陽電池セル１のバスバー電極３を接触させた様子を示す平面図である。 タブ配線５の水平部５ａに、結晶シリコン系太陽電池セル１のバスバー電極３を接触させた様子を示す断面図である。 タブ配線５の立上り部５ｂを倒す工程を施した後の様子を示す平面図である。 タブ配線５の立上り部５ｂを倒す工程を施した後の様子を示す断面図である。 隣接する結晶シリコン系太陽電池セル１が、タブ配線５により直列的に接続される様子を示す断面図である。 レイアップ工程を説明するための図である。 バスバー電極３が導電性樹脂４０でコーティングされている結晶シリコン系太陽電池セル１の断面を示す図である。 タブ配線５の立上り部５ｂを倒した後に、所定のタブ配線５上に集電電極８を配置させた様子を示す平面図である。 タブ配線５の立上り部５ｂを倒した後に、所定のタブ配線５上に集電電極８を配置させた様子を示す断面図である。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態＞
まず、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いて、複数個の結晶シリコン系太陽電池セルを作製する。各結晶シリコン系太陽電池セルの平面図を、図１に示す。また、図１におけるＡ−Ａ断面を、図２に示す。

図１に示すように、結晶シリコン系太陽電池セル１の主面には、図面左右方向に複数本のフィンガー電極２が形成されている。また、各フィンガー電極２と接続するように、結晶シリコン系太陽電池セル１の主面には、図面上下方向に２本のバスバー電極３が形成されている。

つまり、バスバー電極３は、複数のフィンガー電極２と交差して配設されている。ここで、バスバー電極３は、結晶シリコン系太陽電池セル１の端辺部付近に配設されている。なお、図２に示すように、結晶シリコン系太陽電池セル１の表裏面（第一の主面：セル１の下面および第二の主面：セル１の上面）には、図１に示す複数のフィンガー電極２と２本のバスバー電極３が、各々形成されている。

結晶シリコン系太陽電池セル１の厚みは、０．１〜０．２ｍｍ程度であり、約１００ｍｍ各程度の面積を有する。結晶シリコン系太陽電池セルの内部には、不純物注入によりＰＮ接合が形成されている。

フィンガー電極２およびバスバー電極３は、銀ペーストなどにより形成される。フィンガー電極２は、結晶シリコン系太陽電池セル１内で光電効果により生成された電気を伝達するための電極である。バスバー電極３では、各フィンガー電極２を伝達した電気を集電する。

さて、結晶シリコン系太陽電池セル１の作製とは別に、複数のタブ配線５を用意する。タブ配線５の線幅は１〜４ｍｍ程度であり、厚みは０．１〜０．２ｍｍ程度である。ここで、図３に示すように、各タブ配線５は、水平部５ａと、当該水平部５ａと連接された立上り部５ｂとから成る。水平部５ａと立上り部５ｂとで成す角度は、たとえば約９０°である。なお、図３に示す形状のタブ配線５は、たとえば、線状の配線を途中で折り曲げることにより形成することができる。

厚さ数ｍｍ程度のガラス基板６を用意し、当該ガラス基板６の主面上の所定の箇所（設計に従う所定の位置）に、各タブ配線５の水平部５ａを配置する。また、ガラス基板６の上記主面上の所定の箇所（設計に従う所定の位置）には、２本の集電電極８も配置する。当該集電電極８は、各タブ配線５から伝達された電気を集電する電極である。また、各タブ配線５の水平部５ａとガラス基板６とを接合し、各タブ配線５をガラス基板６上に固定する。また、集電電極８とガラス基板６とを接合し、集電電極８をガラス基板６上に固定する。

ここで、タブ配線５がアルミニウムから構成されている場合には、超音波振動接合処理により、各水平部５ａとガラス基板６とを接合することができる。つまり、各水平部５ａに当接ツールを接触させ、当該当接ツールを水平方向に超音波振動させながら、下方向（水平部５ａからガラス基板６に向かう方向）に所定の加重を印加する（超音波振動接合処理）。

図４は、各タブ配線５をガラス基板６に対して接合させた後の様子を示す平面図である。また、図５は、図４のＢ−Ｂ断面を示す図である。図４に示すように、ガラス基板６の主面上においてタブ配線５は、縦・横に規則正しくアレイ状に配設されている。また、集電電極８は、ガラス基板６の左右の端辺部近傍に設けられており、図４に示すように、図４の上下方向に延設されている。

ここで、図４の左端列の各タブ配線５の水平部５ａの下には、一方の集電電極８が配設されている。集電電極８がアルミニウムから構成されている場合には、超音波振動接合処理により、集電電極８とガラス基板６とを接合することができる。具体的に、図４の左端列の各タブ配線５が配設される場所においては、ガラス基板６、集電電極８およびタブ配線５の水平部５ａを当該順に積層させ、各水平部５ａに当接ツールを接触させ、当該当接ツールを水平方向に超音波振動させながら、下方向（水平部５ａからガラス基板６に向かう方向）に所定の加重を印加する。これにより、上記左端列のタブ配線５および一方の集電電極８は共に、ガラス基板６に固定される。

さて、上記工程の後、図４の左端列の各タブ配線５を除く全てのタブ配線５において、水平部５ａ上に、図１，２に示す結晶シリコン系太陽電池セル１の第一の主面側に形成されているバスバー電極３を接触させる。一部の結晶シリコン系太陽電池セル１の第一の主面側に形成されているバスバー電極３と水平部５ａとが接触している様子を、図６の平面図に示す。また、図７は、図６のＣ−Ｃ断面を示す図である。

図７から分かるように、結晶シリコン系太陽電池セル１の第一の主面側（図７において結晶シリコン系太陽電池セル１の下側）に形成されているバスバー電極３は、タブ配線５の水平部５ａと接触している。図２に示すように、結晶シリコン系太陽電池セル１の各主面上には、２本のバスバー電極３が形成されている。したがって、図６，７から分かるように、一つの結晶シリコン系太陽電池セル１には、２本のタブ配線５が接触することとなる。つまり、バスバー電極３の数だけ、当該バスバー電極３に対応して、タブ配線５が配設される。

さて、各結晶シリコン系太陽電池セル１をタブ配線５の水平部５ａに配置させた後、各タブ配線５の立上り部５ｂを倒す。つまり、各タブ配線５において、水平部５ａと立上り部５ｂとの成す角が９０°より大きくなるように、当該成す角が１８０°に近づくように、当該立上り部５ｂを倒す。当該立上り部５ｂを倒した後の様子を、図８の平面図に示す・図９は、図８のＤ−Ｄ断面を示す。また、図１０は、図９の一部を拡大した拡大断面図である。

図８，９，１０から分かるように、立上り部５ｂは、図８の左右方向に倒れている。図１０に示すように、一方の結晶シリコン系太陽電池セル１の第一の主面に形成されているバスバー電極３と接触しているタブ配線５において、立上り部５ｂが倒れ、当該立上り部５ｂは、タブ配線５の配設方向において隣接する結晶シリコン系太陽電池セル１の第二の主面に形成されているバスバー電極３と接触する。なお、当該隣接する結晶シリコン系太陽電池セル１の第一の主面に形成されているバスバー電極３は、図１０に示すように、他のタブ配線５の水平部５ａと接触している。

ここで、図８の右端列に存する各タブ配線５では、立上り部５ｂが倒されることにより、ガラス基板８の右端辺部付近に存する集電電極８と接触する（図８，９参照）。図９の右端列の各タブ配線５の立上り部５ｂの下には、他方の集電電極８が配設されている。集電電極８がアルミニウムから構成されている場合には、超音波振動接合処理により、集電電極８とガラス基板６とを接合することができる。

具体的に、図８の右端列の各タブ配線５の立上り部５ｂが倒れた場所においては、ガラス基板６、他方の集電電極８およびタブ配線５の立上り部５ｂを当該順に積層させ、各立上り部５ｂに当接ツールを接触させ、当該当接ツールを水平方向に超音波振動させながら、下方向（立上り部５ｂからガラス基板６に向かう方向）に所定の加重を印加する。これにより、上記右端列のタブ配線５および他方の集電電極８は共に、ガラス基板６に固定される。

図８に示すように、ガラス基板６の主面上には、複数の結晶シリコン系太陽電池セル１がマトリクス状に配置される。換言すると、図８に示すように、ガラス基板６の主面上に、複数列に渡って、太陽電池ストリング２０が並走している。ここで、図８，９から分かるように、各太陽電池ストリング２０は、タブ配線５により、複数の結晶シリコン系太陽電池セル１が直列に接続される構成である。

さて次に、図８，９に示す構造物において、タブ配線５上に、接着剤シート（ＥＶＡシート）２５および保護部材３０を、当該順に積層する（レイアップ工程、図１１参照）。ここで、保護部材３０は、厚さ０．１〜０．２ｍｍ程度のガラス基板またはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの樹脂基板などが採用される。なお、完成品の太陽電池モジュールにおいて、ガラス基板６は、保護部材３０と共に、結晶シリコン系太陽電池セル１を保護する機能も発揮する。

そして、レイアップ工程後の構造体に対して、ラミネーション工程を施す。具体的に、当該構造体を減圧下に置き、加熱を行いながら、所定の加重を印加する。これにより、ガラス基板６と保護部材３０との間で、結晶シリコン系太陽電池セル１が封止され、太陽電池モジュールが完成する。

以上の工程から分かるように、本発明に係る太陽電池の製造方法では、レイアップ工程以後の工程において、結晶シリコン系太陽電池セル１は、ガラス基板６上に形成されている。ここで、ガラス基板６は、完成品の太陽電池モジュールにおいて、光透過の機能だけでなく、結晶シリコン系太陽電池セル１の保護としての機能も有する。

したがって、ガラス基板６により補強されているマトリクス状に配列された結晶シリコン系太陽電池セル１を、レイアップ工程以降の工程で用いることができる。よって、製造工程において結晶シリコン系太陽電池セル１が機械的ダメージを受けることを抑制することができる。

また、本発明に係る太陽電池の製造方法では、ガラス基板６上に結晶シリコン系太陽電池セル１を配設する前に、ガラス基板６に対してタブ配線５が接合固定されている。

したがって、ガラス基板６上において、タブ配線５が所望の配置位置からズレることを防止でき、ガラス基板６上に、タブ配線５を精度よく配置させることが可能となる。また、精度良く配置されたタブ配線５を基準に、各結晶シリコン系太陽電池セル１をガラス基板６上方に配列させることができる。

また、上記工程は、タブ配線５がガラス基板１上に精度良く配置・固定できるので、結晶シリコン系太陽電池セル１のタブ配線５上への配置工程以降の工程を、ライン工程で自動的に行うこともできる。なお、ガラス基板１上におけるタブ配線５の配置および接合固定も、設計に従って自動的に行うことができる。

また、タブ配線５および集電電極８がアルミニウムから構成される場合には、これらの部材５，８とガラス基板８との接合には、超音波振動接合処理が実行される。

当該超音波振動接合処理では、はんだ付け接合程の高温が、ガラス基板６、タブ配線５および集電電極８には印加しない。したがって、熱的ダメージを回避して、太陽電池モジュールを完成させることができる。

また、上記説明では、バスバー電極３とタブ配線５とを接触させることにより、電気的接続を可能せしめている。つまり、バスバー電極３とタブ配線５との接続において、はんだ付け等の高温処理（たとえば、１８０℃以上）を施すことは、本発明では行っていない。したがって、結晶シリコン系太陽電池セル１などに高温によるダメージを与えることも防止できる。

なお、図１２に示すように、バスバー電極３を導電性樹脂４０でコーティングされた結晶シリコン系太陽電池セル１を採用しても良い。当該導電性樹脂４０でコーティングされた状態で、図６，７を用いて説明した工程および図８，９，１０を用いて説明した工程において、各バスバー電極３はタブ配線５と接触する。

図１２に示す結晶シリコン系太陽電池セル１を採用した場合には、ラミネーション工程において印加される温度（１６０℃程度）により、導電性樹脂４０が融解する。当該導電性樹脂４０の溶解により、バスバー電極３とタブ配線５との電気的な接続が、強固なものとなる。

また、上記説明では、ガラス基板６と接合する前段階において、タブ配線５を折り曲げていた（つまり、ガラス基板５への接合前において、タブ配線５は、水平部５ａと立上り部５ｂとを有していた）。

しかしながら、線状のタブ配線５の一部をガラス基板６上に接合固定させた後、線状のタブ配線５の他部を折り曲げることにより、タブ配線５に立上り部５ｂを作製しても良い。

また、上記説明では、ガラス基板６、集電電極８およびタブ配線５の順に、積層していた（図４，５の左端列のタブ配線５の箇所および図８，９の右端列のタブ配線５の箇所着目）。

しかしながら、タブ配線５の立上り部５ｂを倒した後、所定の場所において、タブ配線５上に、集電電極８を配置しても良い。図１３は、当該工程を採用した場合の構造体の平面図であり、図１４は、図１３のＥ−Ｅ断面を示す図である。

図１３，１４に示すように、当該工程を採用した場合には、左端列のタブ配線５の箇所および右端列のタブ配線５の箇所に着目すると、ガラス基板６、タブ配線５および集電電極８の順に積層された積層物が構成される。タブ配線５および集電電極８がアルミニウムから構成される場合には、これらの部材５，８のガラス基板６への接合固定は、超音波振動接合処理により実行できる。この場合に、集電電極８上に、超音波振を行う当接ツールが当接される。

１ 結晶シリコン系太陽電池セル
２ フィンガー電極
３ バスバー電極
５ タブ配線
５ａ 水平部
５ｂ 立上り部
６ ガラス基板
８ 集電電極
２０ 太陽電池ストリング
２５ 接着剤シート
３０ 保護部材
４０ 導電性樹脂

Claims (6)

1. （Ａ）バスバー電極を有する結晶シリコン系太陽電池セルを作製する工程と、
   （Ｂ）前記結晶シリコン系太陽電池セルが配設されるガラス基板上に、タブ配線を接合する工程と、
   （Ｃ）前記工程（Ｂ）の後、前記タブ線と前記バスバー電極とを接触させる工程とを、備えている、
   ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記タブ配線は、
   アルミニウムから成り、
   前記工程（Ｂ）は、
   超音波振動接合処理により、前記ガラス基板上に前記タブ配線を接合する工程である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記工程（Ｂ）は、
   複数の前記タブ配線を前記ガラス基板に接合することにより、立上り部を有する前記タブ配線を、前記ガラス基板上にアレイ状に配置させる工程であり、
   前記バスバー電極は、
   前記結晶シリコン系太陽電池セルの第一の主面および第二の主面に、各々配設されており、
   前記工程（Ｃ）は、
   （Ｃ−１）前記工程（Ｂ）の後に、各前記タブ配線において、前記ガラス基板と接合している部分の前記タブ配線上に、前記結晶シリコン系太陽電池セルの第一の主面に存する前記バスバー電極を接触する工程と、
   （Ｃ−２）前記タブ配線の前記立上り部を倒すことにより、当該タブ配線の配設方向に存し、他の前記タブ配線上に配置されている前記結晶シリコン系太陽電池セルの第二の主面に存する前記バスバー電極と、倒された当該立上り部とを接触する工程とを、備えている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
4. （Ｄ）前記工程（Ｃ）の後に、前記タブ配線上に、保護部材を積層する工程と、
   （Ｅ）前記工程（Ｄ）の後に、前記ガラス基板と前記保護部材とを覆うように、ラミネート処理を施す工程とを、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
5. （Ｆ）隣接する前記タブ配線同士を電気的に接続する、アルミニウムから成る集電電極を、前記ガラス基板に対して、超音波振動接合処理により接合する工程を、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記工程（Ａ）は、
   前記バスバー電極が導電性樹脂でコーティングされている、前記前記結晶シリコン系太陽電池セルを作製する工程である、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の太陽電池の製造方法。

Images