JP2012253279A - 太陽光発電モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線材とバス電極とが十分な機械的接合強度と接続信頼性を獲得し、太陽電池素子のそりを小さくできる太陽光発電モジュールを得ること。
【解決手段】実施の形態の太陽光発電モジュール１００は、受光面１ａ側にて所定方向に延伸したバス電極２ａと前記受光面の反対側の面に形成された裏面電極とを備えた太陽電池素子１を、前記受光面が同一方向を向くように複数個並列して備え、前記太陽電池素子の前記バス電極とそれに隣接する前記太陽電池素子の前記裏面電極とを電気的に接続する配線材４と、前記バス電極と前記配線材とに挟まれて両者を接合し、前記バス電極の側面を覆う樹脂接着剤３とを備え、前記所定方向に垂直で且つ前記受光面に平行な方向の前記配線材の幅は前記バス電極の幅より長いことを特徴とする。
【選択図】図１−３

Description

本発明は、複数の太陽電池素子を配線材で接続した太陽光発電モジュールおよびその製造方法に関するものである。

従来、太陽電池素子は、シリコン基板と、シリコン基板の光電変換部領域に生成された光生成キャリアを集電する細線電極と、細線電極と接続して、集電した光生成キャリアを配線材に伝達するための受光面配線材接続用電極（以下バス電極とする）を含んで構成されている。

配線材は、銅（Ｃｕ）などの良導体金属材料または良導体金属表面をはんだコートされたものから成る。バス電極はこの配線材を接合するための電極であり、細線電極と交差するように形成されている。バス電極は、細線電極と同じように、ガラスまたは樹脂をバイダーとして、銀（Ａｇ）などの良電導材の粒子がフィラーとして含有した導電性ペーストを焼成して形成される。通常、バス電極と配線材とは、下記特許文献１に示されるように、はんだで接合される。はんだは、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点２１８℃）などのＳｎ主体のＰｂフリーはんだ、またはＰｂ−Ｓｎ（融点１８３℃）が用いられる。

このようにあらかじめシリコン基板に形成したバス電極を用いて配線材の接合を行う方法においては、以下のような問題がある。すなわち、太陽光発電セルの全長にわたり配線材を接合するが、太陽電池素子のシリコンと配線材の銅との熱膨張差により、太陽電池素子が反り破損する場合がある。

そのため、上記問題に対して、従来、下記特許文献２に示されるように、配線材を電極に樹脂接着剤にて接合する方法が提案されている。すなわち、電極上面に樹脂接着剤を配置し、その上に配線材を配置し、押し付けた状態で、樹脂接着剤を熱硬化させて配線材を接続する方法である。電極と配線材は接触にて電気的に接続され、接触を維持する力は樹脂接着剤の収縮力に依存する。この構成では、電極にて集電された光生成キャリアは、直接、配線材に流れる。配線材は、はんだの約１／１０のヤング率をもつ樹脂でシリコン基板に接合しているため、太陽電池素子のそりを小さくすることができる。

特開２００５−２１７１４８号公報 国際公開第２００９／０１１２０９号

しかしながら上記従来の技術によれば、例えば特許文献２にあるように、バス電極よりも幅の狭い配線材を樹脂接着剤にてシリコン基板に接着する場合、配線材からはみ出した樹脂接着剤が太陽光線により劣化するため、接続信頼性が低下するという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配線材とバス電極とが十分な機械的接合強度と接続信頼性を得ることができ、さらに太陽電池素子のそりを小さくすることができる太陽光発電モジュールおよびその製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受光面側にて所定方向に延伸したバス電極と前記受光面の反対側の面に形成された裏面電極とを備えた太陽電池素子を、前記受光面が同一方向を向くように複数個並列して備え、前記太陽電池素子の前記バス電極とそれに隣接する前記太陽電池素子の前記裏面電極とを電気的に接続する配線材と、前記バス電極と前記配線材とに挟まれて両者を接合し、前記バス電極の側面を覆う樹脂接着剤とを備え、前記所定方向に垂直で且つ前記受光面に平行な方向の前記配線材の幅は前記バス電極の幅より長いことを特徴とする。

本発明によれば、バス電極の側面を樹脂接着剤で覆ってバス電極と配線材を接続することで、配線材とバス電極の十分な機械的接合強度を得ることができる。さらに、配線材の幅が広いため、太陽光線による樹脂の劣化を抑制し高い接続信頼性を維持することができる。また、バス電極と配線材とが、ヤング率がはんだの約１／１０以下の樹脂にて接着しているため、太陽電池素子のそりを小さくするという効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる複数の太陽電池素子を配線材にて接続した太陽光発電モジュールのストリングの断面図を示す図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池ストリングの斜視図を示す図である。 図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる配線材とバス電極の接合部を、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図１−４は、本発明の実施の形態１にかかる配線材とバス電極の接合部を、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態２にかかる配線材とバス電極の接合部を、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図２−２は、本発明の実施の形態２にかかる配線材とバス電極の接合部を、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図３−１は、本発明の実施の形態２にかかる配線材とバス電極の接合部を、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図３−２は、本発明の実施の形態２にかかる配線材とバス電極の接合部を、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図４−１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽光発電モジュールの製造方法の一工程を示す上面図である。 図４−２は、図４−１のＡ−Ａ線に沿った、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図５−１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽光発電モジュールの製造方法の一工程を示す上面図である。 図５−２は、図５−１のＡ−Ａ線に沿った、バス電極の延伸方向に観た断面図である。 図６−１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽光発電モジュールの製造方法の一工程を示す上面図である。 図６−２は、図６−１のＡ−Ａ線に沿った、バス電極の延伸方向に観た断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽光発電モジュールおよびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１−１〜図１−４は、本発明にかかる実施の形態１の太陽光発電モジュールの構造を示す図である。図１−１は、複数の太陽電池素子１を配線材４にて接続した太陽光発電モジュール１００のストリングの断面図を示す。図１−２は、バス電極２ａと配線材４の接合部を含む太陽電池ストリング１０の斜視図を示す。また、図１−３および図１−４は、配線材４とバス電極２ａの接合部を、バス電極２ａの延伸方向に観た断面図である。

図１−１に示されるように、太陽光発電モジュール１００は、複数の太陽電池素子１の第１の面である受光面１ａのバス電極２ａと第２の面である裏面１ｂの裏面集電電極２ｃ（裏面電極）を交互に配線材４を用いて接続した太陽電池ストリング１０を備える。さらに、太陽電池ストリング１０の受光面１ａ側に受光面保護材１１を配置し、裏面１ｂ側に裏面保護材１２を配置している。太陽電池ストリング１０と受光面保護材１１の間、および太陽電池ストリング１０と裏面保護材１２の間は、それぞれ封止材１３で満たされている。受光面１ａ上に形成されたバス電極２ａと配線材４とは、樹脂接着剤３にて接合されている。

図１−２は、太陽電池ストリング１０の斜視図を示す。太陽電池ストリング１０は、複数の太陽電池素子１を配線材４で接続したものからなる。太陽電池素子１は、例えば、１００〜２００μｍほどの厚みのｐ型シリコンを基板として以下のように構成される。ｐ型層となるｐ型シリコン基板の受光面側１ａには、リン拡散によってｎ型拡散層（不純物層拡散層：図示せず）が形成され、さらに入射光の反射を防止して変換効率を向上させるためのシリコン窒化膜よりなる反射防止膜が表面処理により設けられて、太陽電池素子１の第１の面すなわち受光面１ａ（光電変換部領域）となっている。

さらに、受光面１ａには電力の取り出しを目的としたバス電極２ａと細線電極２ｂが設けられている。また、ｐ型シリコン基板（以下、単に基板）の第２の面すなわち裏面１ｂには、高濃度不純物を含んだｐ＋層が形成されている。裏面１ｂは受光面１ａとは反対側の面である。さらに、図１−１に示されるように、入射光の反射および電力の取り出しを目的として裏面１ｂに、第１の面と同じく上述した裏面集電電極２ｃ（第２の集電電極）が設けられている。

図１−３は、バス電極２ａと配線材４が樹脂接着剤３の導電粒子５によって電気的に接続している様子を示す断面図である。図１−３では、１本分のバス電極２ａを含んだ断面を示している。図１−３の紙面垂直方向がバス電極２ａの延伸方向であり、この図が示すように、バス電極２ａの延伸方向に垂直で且つ受光面１ａに平行な方向の配線材４の幅はバス電極２ａの幅より長い。樹脂接着剤３には導電粒子５が含有されており、配線材４とバス電極２ａの間は導電粒子５を介して電気的に接合している。

導電粒子５はＮｉまたはプラスチックボール表面にＡｕなどの金属膜が形成された粒子を用いる。バス電極２ａはスパッタまたは蒸着などの薄膜形成、またはめっきなどにより、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどの良導体金属で形成される。樹脂接着剤３がバス電極２ａの側面２ｄまで覆っており、接着面積を大きくすることで接合信頼性を向上することができる。また、樹脂接着剤３は配線材４よりはみ出さないため、樹脂接着剤３が太陽光線により劣化することはない。

図１−４は、樹脂接着剤３が太陽電池素子１の表面（受光面１ａ）とも接着している状態を示す。図１−４の紙面垂直方向がバス電極２ａの延伸方向であり、図１−３と同様に、バス電極２ａの延伸方向に垂直で且つ受光面１ａに平行な方向の配線材４の幅はバス電極２ａの幅より長い。図１−４では、樹脂接着剤３が太陽電池素子１の受光面１ａにもさらに接着することで、接着面積を大きくすることができる。接着面積の増大による接着力の向上によって、接合信頼性をさらに向上させることができる。

一方、太陽電池素子１の第２の面（裏面１ｂ）には、上述したように裏面集電電極２ｃが設けられている。裏面集電電極２ｃは第１の面の受光面１ａ側の配線材４に対応した位置（配線材４と太陽電池素子１の厚さ方向に重なる位置）に設けられている。裏面集電電極２ｃとしては、裏面１ｂの全面に形成されている場合、銀で形成された電極が配線材４と同じ方向であって太陽電池素子１の長手方向に線上に形成されている場合、または島状に形成されている場合がある。本実施の形態では図１の断面図に示すように、裏面集電電極２ｃは島状に形成されたものを第１の面１ａのバス電極２ａと同じ方法を用いて配線材４と接合した。

なお、本実施の形態では複数の太陽電池素子１が接続されてなる太陽電池ストリング１０と受光面保護材１１、裏面保護材１２、および封止材１３とを含んだものを太陽光発電モジュール１００としているが、これに限らず配線材４が接合されたバス電極２ａと裏面集電電極２ｃを有する太陽電池素子１を含むものを太陽光発電モジュール１００とみなしてもかまわない。

また、本実施の形態の太陽電池素子１は概略平板状を成すが、太陽電池素子１は、平板状のものに限られるものではなく、例えば、フレキシブルなシート状、或いは立方体状などでもよく、受光面１ａに形成されたバス電極２ａに配線材４が接合される太陽電池素子であれば適用することができる。

なお、本実施の形態においては、太陽電池ストリング１０としては複数の太陽電池素子１を配線材４で相互接続したものを用いて示したが、太陽電池ストリング１０が備える太陽電池素子１が１枚であってもかまわない。

さらに、本実施の形態のバス電極２ａは、１つの太陽電池素子１の受光面１ａあたり２本が形成されているが、バス電極２ａは２本でなくともよく、受光面１ａに１本以上が形成されている太陽電池素子１であれば太陽電池ストリング１０を形成することができる。また、図１−２において細線電極２ｂは受光面１ａに複数本が平行に形成されているが、複数本の細線電極２ｂは必ずしも平行でなくてもよく、太陽電池素子１の受光面１ａに複数本が形成されているであればかまわない。

実施の形態２．
図２−１および図２−２は、本発明にかかる実施の形態２の太陽光発電モジュール２００の構造を、バス電極２ａの延伸方向に観た断面図であり、図２−１および図２−２は、太陽電池素子１の受光面１ａ上のバス電極２ａと配線材４を接合した状態の断面図を示す。本実施の形態においても、図２−１および図２−２に示すようにバス電極２ａの延伸方向に垂直で且つ受光面１ａに平行な方向の配線材４の幅はバス電極２ａの幅より長くなっている。

図２−１においては、樹脂接着剤３がバス電極２ａの側面２ｄを覆っている。図２−２においては、樹脂接着剤３がバス電極２ａに加えて太陽電池素子１の表面の受光面１ａに接着することで接着力を向上させている。バス電極２ａはガラスまたは樹脂をバインダーとして良導体の粒子を含有したペーストを焼成して形成されるため、バス電極２ａの表面には凹凸２ｅが形成されている。

バス電極２ａ上に凹凸２ｅが形成されていることで、バス電極２ａと樹脂接着剤３の接触面積が増すため、バス電極２ａと樹脂接着剤３の機械的な接合強度を向上させることができる。また、配線材４とバス電極２ａ上の凸部が直接接触することにより電気的接続を得ることができる。本実施の形態においては、樹脂接着剤３に図１−３および図１−４に示した導電粒子５を用いなくても電気的接続は得られる。しかし、図３−１および図３−２の太陽光発電モジュール３００に示すように、導電粒子５をバス電極２ａ上の凹部内に位置するように設けて電気的接続面積を増やしても良い。

実施の形態３．
図４−１、図４−２、図５−１、図５−２、図６−１、および図６−２は、本発明にかかる実施の形態３の太陽光発電モジュール４００の製造方法の各工程を示す図である。図４−１は、太陽電池素子１の受光面１ａの平面図である。後述する図５−１および図６−１も同じ方向から観た平面図である。また、図４−２、図５−２、および図６−２はバス電極２ａの延伸方向に観た断面図であり、１本分のバス電極２ａを含んだ断面を示している。

図４−１に示すように受光面１ａには、バス電極２ａが２本と細線電極２ｂが複数本平行に形成されている。図４−２は、バス電極２ａの延伸方向と交差する方向の断面を示す図４−１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４−２に示されるように、バス電極２ａは、実施の形態２と同様にガラスまたは樹脂をバインダーとして良導体の粒子を含有したペーストを焼成して形成することにより、バス電極２ａの表面に凹凸２ｅが形成されていてもよい。

図５−１は、図４−１に引き続き、バス電極２ａよりも受光面１ａに平行な方向の幅の広い樹脂接着剤３を配置した状態の受光面１ａの様子を示す平面図である。図５−２は、バス電極２ａの延伸方向と交差する方向の断面を示す図５−１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。樹脂接着剤３はバス電極２ａの側面２ｄを覆いやすくするために、バス電極２ａの受光面１ａに平行な方向の幅よりも幅が広いものを用いている。即ち、図５−２の紙面垂直方向がバス電極２ａの延伸方向なので、バス電極２ａの延伸方向に垂直で且つ受光面１ａに平行な方向の樹脂接着剤３の幅はバス電極２ａ幅より長い。

樹脂接着剤３には、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いる。また、配線材４とバス電極２ａが電気的に接続する面積を増大するために、樹脂接着剤３に導電性の粒子を含んだものを用いてもよい。

図６−１は、図５−１に引き続き、受光面１ａ側のバス電極２ａと樹脂接着剤３の上面に配線材４を位置合わせし、押し付け加熱した状態の受光面１ａの様子を示す平面図である。図６−２は、図６−１のＡ−Ａ線に沿った太陽光発電モジュール４００の断面図であり、紙面垂直方向がバス電極２ａの延伸方向である。図６−２に示すように、バス電極２ａの延伸方向に垂直で且つ受光面１ａに平行な方向の配線材４の幅はバス電極２ａの幅より長くなっている。

配線材４とバス電極２ａの間の樹脂接着剤３は加圧より押し出され、バス電極２ａの側面２ｄを覆い、太陽電池素子１の表面である受光面１ａとも接着している。配線材４とバス電極２ａの電気的な接続はバス電極２ａの凹凸部２ｅの凸部と配線材４との接触によりなされ、配線材４とバス電極２ａの接合の維持は、バス電極２ａの凹凸部２ｅの凹部、バス電極２ａの側面２ｄ、及び太陽電池素子１の表面に押し出された樹脂接着剤３によってなされる。

本実施の形態においては、樹脂接着剤３が太陽電池素子１の表面である受光面１ａまで接着している場合を示したが、樹脂接着剤３の使用量を減らして太陽電池１の受光面１ａに接着していない構造となっていてもよい。また、本実施の形態においては、樹脂接着剤３が導電粒子５を含有しない場合について説明したが、樹脂接着剤３が導電粒子５を含有してもよい。

上記説明したように、本実施の形態にかかる太陽光発電モジュールの製造方法においては、バス電極２ａの延伸方向に垂直且つ受光面１ａに平行な方向のバス電極２ａの幅を配線材４の幅より狭くする。これにより、バス電極２ａの側面２ｄを覆う樹脂接着剤３のはみ出しが少なくなり、太陽光線による樹脂の劣化を抑制することが可能となる。さらに、バス電極２ａの側面２ｄを樹脂接着剤３で覆うことによって接着面積を増大して接着力を向上させることができるので高い接続信頼性を得ることができる。また配線材４は、はんだの約１／１０のヤング率をもつ樹脂でシリコン基板に接合しているため、太陽電池素子１のそりを小さくすることができる。

更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。

例えば、上記実施の形態１乃至３それぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１乃至３にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかる太陽光発電モジュールおよびその製造方法は、複数の太陽電池素子が配線材によって接続された太陽光発電モジュールおよびその製造方法に好適なものである。

１ 太陽電池素子
１ａ 受光面（第１の面）
１ｂ 裏面（第２の面）
２ａ バス電極
２ｂ 細線電極
２ｃ 裏面集電電極
２ｄ バス電極の側面
２ｅ バス電極の凹凸部
３ 樹脂接着剤
４ 配線材
５ 導電粒子
１０ 太陽電池ストリング
１１ 受光面保護材
１２ 裏面保護材
１３ 封止材
１００、２００、３００、４００ 太陽光発電モジュール

Claims (9)

1. 受光面側にて所定方向に延伸したバス電極と前記受光面の反対側の面に形成された裏面電極とを備えた太陽電池素子を、前記受光面が同一方向を向くように複数個並列して備え、
   前記太陽電池素子の前記バス電極とそれに隣接する前記太陽電池素子の前記裏面電極とを電気的に接続する配線材と、
   前記バス電極と前記配線材とに挟まれて両者を接合し、前記バス電極の側面を覆う樹脂接着剤と、
   を備え、
   前記所定方向に垂直で且つ前記受光面に平行な方向の前記配線材の幅は前記バス電極の幅より長いことを特徴とする太陽光発電モジュール。
2. 前記樹脂接着剤は、前記太陽電池素子の前記受光面にも接着している
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電モジュール。
3. 前記バス電極の前記受光面側の表面には凹凸が形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電モジュール。
4. 前記樹脂接着剤は導電粒子を含有し、当該導電粒子を介して前記バス電極と前記配線材とが電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽光発電モジュール。
5. 前記太陽電池素子の受光面側には、前記バス電極に交差して複数の細線電極が形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電モジュール。
6. 受光面側にて所定方向に延伸したバス電極と前記受光面の反対側の面に形成された裏面電極とを備えた太陽電池素子の前記バス電極上に、前記所定方向に垂直で且つ前記受光面に平行な方向の幅が前記バス電極よりも長い樹脂接着剤を配置する工程と、
   前記バス電極の上から前記樹脂接着剤を挟んで、前記所定方向に垂直で且つ前記受光面に平行な方向の幅が前記バス電極よりも長い配線材を位置合わせして加熱して押し付ける工程と、
   を含むことを特徴とする太陽光発電モジュールの製造方法。
7. 前記押し付ける工程により、前記樹脂接着剤は前記太陽電池素子の前記受光面にも接着する
   ことを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電モジュールの製造方法。
8. 前記樹脂接着剤を配置する工程の前に、前記バス電極の前記受光面側の表面に凹凸を形成しておく
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の太陽光発電モジュールの製造方法。
9. 前記樹脂接着剤は導電粒子を含有し、前記押し付ける工程により、前記導電粒子を介して前記バス電極と前記配線材とが電気的に接続される
   ことを特徴とする請求項６、７または８に記載の太陽光発電モジュールの製造方法。

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