JP2013051339A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された信頼性を有する太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】配線材１１は、一端側において一主面が第１の太陽電池１０Ａの裏面側電極２２に電気的に接続され、他端側において他主面が第２の太陽電池１０Ｂの受光面側電極２１に電気的に接続される。配線材１１は、一主面に凹凸を有すると共に、他主面に一主面よりも平坦な面を有する。配線材１１は、一端側の第１の被接着部１１Ａと、他端側の第２の被接着部１１Ｂと、第１の被接着部１１Ａと第２の被接着部１１Ｂとを接続している接続部１１Ｃと、第１の被接着部１１Ａと接続部１１Ｃとの間に設けられた第１の屈曲部１１Ｄと、第２の被接着部１１Ｂと接続部１１Ｃとの間に設けられた第２の屈曲部１１Ｅとを含む。第１の屈曲部１１Ｄは、相対的に急峻に屈曲されている一方、第２の屈曲部１１Ｅは、相対的になだらかに屈曲されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

近年、環境負荷が低いエネルギー源として、配線材により電気的に接続された複数の太陽電池を有する太陽電池モジュールに対する注目が高まってきている。特許文献１には、配線材（特許文献１においては、タブ電極）の透光性部材に対向する面に複数の凸部を設けることにより、配線材による光学損失を低減することが記載されている。

特開２０１０-２７２８９７号公報

近年、太陽電池モジュールの信頼性を改善したいという要望が高まってきている。

本発明に係る太陽電池モジュールは、第１の太陽電池及び第２の太陽電池と、配線材とを備えている。第１の太陽電池及び第２の太陽電池は、それぞれ、受光面上に配された受光面側電極及び裏面上に配された裏面側電極を有する。配線材は、一端側において一主面が第１の太陽電池の裏面側電極に電気的に接続され、他端側において他主面が第２の太陽電池の受光面側電極に電気的に接続される。配線材は、一主面に凹凸を有すると共に、他主面に一主面よりも平坦な面を有する。配線材は、一端側の第１の被接着部と、他端側の第２の被接着部と、接続部と、第１の屈曲部と、第２の屈曲部とを含む。接続部は、第１の被接着部と第２の被接着部とを接続している。第１の屈曲部は、第１の被接着部と接続部との間に設けられている。第２の屈曲部は、第２の被接着部と接続部との間に設けられている。第１の屈曲部は、相対的に急峻に屈曲されている一方、第２の屈曲部は、相対的になだらかに屈曲されている。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、配線材を準備する工程と、配線材を用いて第１の太陽電池及び第２の太陽電池を電気的に接続する工程とを含む。配線材を準備する工程において、一主面に凹凸を有すると共に、一端側の第１の被接着部と、他端側の第２の被接着部と、第１の被接着部と第２の被接着部とを接続している接続部と、第１の被接着部と接続部との間に設けられた第１の屈曲部と、第２の被接着部と接続部との間に設けられた第２の屈曲部と、を含み、第１の屈曲部は、相対的に急峻に屈曲されている一方、第２の屈曲部は、相対的になだらかに屈曲されている配線材を準備する。第１の太陽電池及び第２の太陽電池を電気的に接続する工程において、配線材の第１の被接着部を、第１の太陽電池の裏面側電極に電気的に接続し、配線材の第２の被接着部を、第２の太陽電池の受光面側電極に電気的に接続する。

本発明によれば、改善された信頼性を有する太陽電池モジュールを提供することができる。

第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。 第１の実施形態における太陽電池の模式的平面図である。 第１の実施形態における太陽電池の模式的裏面図である。 第１の実施形態における配線材の接続態様を示す模式的平面図である。 図４の線Ｖ−Ｖ部分における太陽電池モジュールの一部分の略図的断面図である。 図４の線ＶＩ−ＶＩ部分における太陽電池モジュールの一部分の略図的断面図である。 屈曲部形成工程を説明するための模式的側面図である。 第１の実施形態における配線材の模式的側面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１に示されるように、太陽電池モジュール１は、第１の保護部材１４と第２の保護部材１５との間に、複数の太陽電池１０を備えている。太陽電池１０と第１の保護部材１４との間、太陽電池１０と第２の保護部材１５との間、および隣接する太陽電池１０間には、充填材層１３が配されている。

第２の保護部材１５は、例えば、透光性を有するガラスやプラスチック等の透光性の部材により構成することができる。太陽電池モジュール１には、第２の保護部材１５側から光が入射する。

第１の保護部材１４は、例えば、透光性を有するガラスやプラスチック、樹脂フィルムや、金属箔を介在させた樹脂フィルム等の耐候性の部材により構成することができる。

充填材層１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の樹脂により構成することができる。太陽電池１０と第２の保護部材１５との間に充填される充填材層１３は、透光性を有する。

太陽電池１０は、受光面１０ａと裏面１０ｂとを有する。受光面１０ａは、第２の保護部材１５側に配される。裏面１０ｂは、第１の保護部材１４側に配される。また、太陽電池１０は、受光面１０ａに受光面側電極２１を有し、裏面１０ｂに裏面側電極２２を有する。

太陽電池１０の種類は、特に限定されない。太陽電池１０は、例えば、結晶系半導体、薄膜系半導体等の種々の半導体材料を用いて構成することができる。

隣接する太陽電池１０は、配線材１１によって電気的に接続されている。配線材１１の一端側の部分は一方の太陽電池１０の受光面側電極２１に電気的に接続される。また、配線材１１の他端側の部分は、他方の太陽電池１０の裏面側電極２２に電気的に接続される。配線材１１は、隣接する太陽電池１０間において、太陽電池モジュール１の厚み方向に２回折り曲げられた形状を有する。

尚、太陽電池モジュール１は、第１の保護部材１４の上に配されており、複数の太陽電池１０の発電電力を外部に取り出すための端子ボックスを備えていてもよい。また、太陽電池モジュール１は、周縁部に金属製または樹脂製の枠体を備えていてもよい。

図２に示されるように、受光面側電極２１は、複数のフィンガー部２１ａと、複数のバスバー部２１ｂとを備えている。フィンガー部２１ａは、ｙ方向（一の方向）に延びている。また、複数のフィンガー部２１ａは、ｙ方向に交差するｘ方向（他の方向）に所定の間隔を隔てて配されている。複数のフィンガー部２１ａは、太陽電池１０で生成された電子及び正孔のキャリアのうち一方のキャリアを収集する。バスバー部２１ｂは、ｘ方向に沿って延びるように設けられ、複数のフィンガー部２１ａに電気的に接続されている。バスバー部２１ｂは、複数のフィンガー部２１ａで収集されたキャリアを集電する。

図３に示されるように、裏面側電極２２は、複数のフィンガー部２２ａと、複数のバスバー部２２ｂとを備えている。フィンガー部２２ａは、ｙ方向に延びている。また、複数のフィンガー部２２ａは、ｘ方向に所定の間隔を隔てて配されている。複数のフィンガー部２２ａは、太陽電池１０で生成されたキャリアのうち他方のキャリアを収集する。バスバー部２２ｂは、ｘ方向に沿って延びるように設けられ、複数のフィンガー部２２ａに電気的に接続されている。バスバー部２２ｂは、複数のフィンガー部２２ａで収集されたキャリアを集電する。

受光面側電極２１は、受光ロスの低減のために、裏面側電極２２よりも小面積とされることが好ましい。

なお、本実施形態では、受光面側電極２１及び裏面側電極２２のそれぞれが，複数のフィンガー部とバスバー部とを有する例について説明するが、本発明において、受光面側電極２１及び裏面側電極２２の形状は特に限定されない。受光面側電極２１及び裏面側電極２２のそれぞれは、例えば、複数のフィンガー部のみを有する所謂バスバーレスの電極であってもよい。また、裏面側電極２２は、裏面１０ｂの略全面上に設けられる膜状の電極であっても良い。

図４〜図６に示されるように、配線材１１は、互いに隣接して配置された第１の太陽電池１０Ａの受光面側電極２１と、第２の太陽電池１０Ｂの裏面側電極２２とを電気的に接続する。

配線材１１は、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂを有する。配線材１１は、第１の主面１１ａに凹凸を有する。具体的には、配線材１１は、長手方向（ｘ方向）に沿って延び、且つ幅方向（ｙ方向）に沿って配列された複数の線状の凸部１１ｃを第１の主面１１ａに有する。凸部１１ｃの横断面形状は、略三角形状である。第２の主面１１ｂは、第１の主面１１ａよりも平坦である。すなわち、第２の主面１１ｂは、第１の主面１１ａよりも小さな凹凸が設けられた面、若しくは、平坦面により構成されている。このような配線材１１は、細長形状の銅板の一主面に凹凸加工を施して作製することができる。また、銅板の表面に銀からなる薄膜層を設けても良い。以下、ここでは、第２の主面１１ｂが平坦面により構成されている例について説明する。尚、配線材１１は、第１の主面１１ａを第２の保護部材１５側にして配される。

図５、図６に示されるように、配線材１１は、一端側の第１の被接着部１１Ａと、他端側の第２の被接着部１１Ｂと、接続部１１Ｃと、第１の屈曲部１１Ｄと、第２の屈曲部１１Ｅとを有する。

配線材１１は、第１の被接着部１１Ａにおいて、第１の太陽電池１０Ａの裏面側電極２２に電気的に接続されている。また、配線材１１は、第２の被接着部１１Ｂにおいて、第２の太陽電池１０Ｂの受光面側電極２１に電気的に接続されている。

具体的には、配線材１１は、第１の被接着部１１Ａにおいて、第１の太陽電池１０Ａの裏面側のバスバー部２２ｂと凹凸が設けられた第１の主面１１ａ側が接着層１２によって接着されている。一方、配線材１１は、第２の被接着部１１Ｂにおいて、第２の太陽電池１０Ｂの受光面側のバスバー部２１ｂと、平坦面である第２の主面１１ｂ側が接着層１２によって接着されている。

尚、所謂バスバーレス構造の場合には、配線材１１はフィンガー部に電気的に接続される。

接着層１２は、例えば半田、樹脂接着剤の硬化物、導電材を含む樹脂接着剤の硬化物等により構成することができる。接着層１２が導電材を含まない樹脂接着剤の硬化物からなる場合は、配線材１１と太陽電池１０の電極とが直接接触する状態で配線材１１と太陽電池１０とを接着することが好ましい。

第１の被接着部１１Ａと、第２の被接着部１１Ｂとは、接続部１１Ｃにより接続されている。接続部１１Ｃは、配線材１１の延びる方向であるｘ方向に対して、太陽電池モジュール１の厚み方向に傾斜した方向に延びている。接続部１１Ｃは、略直線状である。

第１の屈曲部１１Ｄは、第１の被接着部１１Ａと接続部１１Ｃとの間に設けられている。第２の屈曲部１１Ｅは、第２の被接着部１１Ｂと接続部１１Ｃとの間に設けられている。第１の屈曲部１１Ｄは、相対的に急峻に屈曲されている一方、第２の屈曲部１１Ｅは、相対的になだらかに屈曲されている。具体的には、後述するように、第２の屈曲部１１Ｅを円弧状に近似した場合の曲率半径は、第１の屈曲部１１Ｄを円弧状に近似した場合の曲率半径よりも大きい。

次に、太陽電池モジュール１の製造方法の一例について説明する。

図７に示されるように、リール３１に巻き回された導電材３２を用意する。導電材３２は、一主面に凹凸を有している。リール３１から引き出された導電材３２を成形型３３ａ、３３ｂを用いてプレスすることにより、第１及び第２の屈曲部を形成する。成形型３３ａ、３３ｂは、第１の屈曲部に対応する部分が第２の屈曲部に対応する部分に比較して相対的に急峻に屈曲するような形状となっている。その後、第１及び第２の屈曲部が形成された導電材３２を所定の位置で切断することにより、図８に示されるように相互に間隔をおいて位置する第１及び第２の屈曲部１１Ｄ，１１Ｅを有する配線材１１を得る（屈曲部形成工程）。この屈曲部形成工程においては、導電材３２を相対的に急峻に屈曲させて第１の屈曲部を形成する一方、導電材３２を相対的になだらかに屈曲させて第２の屈曲部を形成する。

次に、第１及び第２の屈曲部１１Ｄ，１１Ｅを有する配線材１１を用いて、隣接する太陽電池１０間を電気的に接続する（図６参照）。この接続工程を繰り返し行うことにより、配線材１１により電気的に接続された複数の太陽電池１０を有する太陽電池ストリングを作製する。

その後、太陽電池ストリングは、第１の保護部材１４と第２の保護部材１５の間に、充填材層１３を用いて封止される。具体的には、例えば、第２の保護部材１５の上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置する。樹脂シートの上に、太陽電池ストリングを配置する。その上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置し、さらにその上に、第１の保護部材１４を載置する。これらを、減圧雰囲気中において、加熱圧着してラミネートすることにより太陽電池モジュール１を完成させることができる。

ところで、太陽電池モジュール１における配線材１１のように、太陽電池モジュール１の厚み方向に折れ曲がる形状を有する配線材は、製造コスト或いは生産性の観点から、図７に示されるようなプレス工法によって好適に作製される。導電材３２をプレスして第１及び第２の屈曲部１１Ｄ，１１Ｅを有する配線材１１を作製した場合、図８に示されるように、第１の屈曲部１１Ｄの内周側の表面１１ＤＡ，及び第２の屈曲部１１Ｅの内周側の表面１１ＥＡに、打痕等の疲労破壊の起点となる部分が形成されることがある。配線材１１のように、第１の主面１１ａが凹凸面により構成されており、第２の主面１１ｂが平坦面により構成されているような場合には、平坦面により構成された第２の主面１１ｂに、より長い連続的な打痕が形成される。このため、配線材１１に応力が加わった場合、配線材１１は、第２の屈曲部１１Ｅの、長い打痕が形成される第２の主面１１ｂ側から疲労破壊しやすい。

ここで、本実施形態では、第１の屈曲部１１Ｄは、相対的に急峻に屈曲されている一方、第２の屈曲部１１Ｅは、相対的になだらかに屈曲されている。このため、第２の屈曲部１１Ｅの第２の主面１１ｂに、長い打痕が形成されにくい。このため、配線材１１の疲労破壊が抑制されている。

なお、配線材の疲労破壊を抑制する観点からは、第１及び第２の屈曲部の両方をなだらかに屈曲させることも考えられる。しかしながら、第１及び第２の屈曲部の両方をなだらかに屈曲させると、配線材１１により電気的に接続された隣り合う太陽電池間の距離が長くなってしまう。このため、太陽電池モジュールに占める太陽電池の面積割合が低くなる。その結果、太陽電池モジュールの面積あたりの出力特性が低くなる。

それに対して本実施形態では、疲労破壊しにくい第１の屈曲部１１Ｄは、相対的に急峻に屈曲されている。このため、配線材１１により電気的に接続された隣り合う太陽電池間の距離を短くすることができる。よって、太陽電池モジュールに占める太陽電池の面積割合を高くできる。その結果、太陽電池モジュールの面積あたりの出力特性を改善することができる。

また、改善された信頼性を実現することができる。

太陽電池モジュール１の出力特性の低下をさらに抑制しつつ、さらに改善された信頼性を実現する観点からは、第２の屈曲部１１Ｅを円弧状に近似した場合の曲率半径（Ｒ_１１Ｅ）が、第１の屈曲部１１Ｄを円弧状に近似した場合の曲率半径（Ｒ_１１Ｄ）よりも大きいことが好ましい。Ｒ_１１Ｅが、Ｒ_１１Ｄの２倍以上であることが好ましく、３倍以上であることがさらに好ましい。但し、Ｒ_１１Ｅが、Ｒ_１１Ｄに対して大きすぎると、隣接する太陽電池１０間の間隔が広くなり、太陽電池モジュール１の出力が低下する場合がある。このため、Ｒ_１１Ｅは、Ｒ_１１Ｄの１２倍以下であることが好ましく、１０倍以下であることがより好ましい。

なお、この効果は、配線材１１の第２の主面１１ｂが平坦面である場合に強く奏される。また、配線材１１が、配線材１１の延びる方向に沿って延びる複数の凸部を一主面に有する場合に強く奏される。従って、配線材１１の第２の主面１１ｂは、平坦面であることが好ましい。配線材１１が、配線材１１の延びる方向に沿って延びる複数の凸部を一主面にのみ有するものであることが好ましい。

尚、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。例えば、配線材は、角錐状、円錐状、角錐台状または円錐台状の凸部を一主面にマトリクス状に複数有していてもよい。

配線材の他主面は、平坦面により構成されていなくてもよい。配線材の他主面は、一主面よりも平坦であればよい。即ち、配線材の他主面の凹凸は、一主面の凹凸よりも小さければよい。

以上のように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池
１０ａ…受光面
１０ｂ…裏面
１１…配線材
１１Ａ…第１の被接着部
１１Ｂ…第２の被接着部
１１Ｃ…接続部
１１Ｄ…第１の屈曲部
１１Ｅ…第２の屈曲部
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面
１１ｃ…凸部
２１…受光面側電極
２２…裏面側電極
３２…導電材

Claims (6)

1. それぞれ、受光面上に配された受光面側電極及び裏面上に配された裏面側電極を有する第１の太陽電池及び第２の太陽電池と、
   一端側において一主面が前記第１の太陽電池の裏面側電極に電気的に接続され、他端側において他主面が前記第２の太陽電池の受光面側電極に電気的に接続される配線材と、
   を備え、
   前記配線材は、前記一主面に凹凸を有すると共に、前記他主面に前記一主面よりも平坦な面を有し、
   前記配線材は、
   前記一端側の第１の被接着部と、
   前記他端側の第２の被接着部と、
   前記第１の被接着部と前記第２の被接着部とを接続している接続部と、
   前記第１の被接着部と前記接続部との間に設けられた第１の屈曲部と、
   前記第２の被接着部と前記接続部との間に設けられた第２の屈曲部と、
   を含み、
   前記第１の屈曲部は、相対的に急峻に屈曲されている一方、前記第２の屈曲部は、相対的になだらかに屈曲されている、太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記配線材の他主面は、平坦である。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記第２の屈曲部を円弧状に近似した場合の曲率半径が、前記第１の屈曲部を円弧状に近似した場合の曲率半径よりも大きい。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールにおいて、
   前記配線材は、長手方向に沿って延びる複数の凸部を前記一主面に有する。
5. 配線材を準備する工程と、前記配線材を用いて第１の太陽電池及び第２の太陽電池を電気的に接続する工程と、を含み、
   前記配線材を準備する工程において、一主面に凹凸を有すると共に、一端側の第１の被接着部と、他端側の第２の被接着部と、前記第１の被接着部と前記第２の被接着部とを接続している接続部と、前記第１の被接着部と前記接続部との間に設けられた第１の屈曲部と、前記第２の被接着部と前記接続部との間に設けられた第２の屈曲部と、を含み、前記第１の屈曲部は、相対的に急峻に屈曲されている一方、前記第２の屈曲部は、相対的になだらかに屈曲されている配線材を準備し、
   前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池を電気的に接続する工程において、前記配線材の前記第１の被接着部を、前記第１の太陽電池の裏面側電極に電気的に接続し、前記配線材の前記第２の被接着部を、前記第２の太陽電池の受光面側電極に電気的に接続する、太陽電池モジュールの製造方法。
6. 請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記配線材を準備する工程は、一主面に凹凸を有する導電材の途中部に、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部とを相互に間隔をおいて形成することにより前記配線材を得る屈曲部形成工程を含み、
   前記屈曲部形成工程において、前記導電材を相対的に急峻に屈曲させて前記第１の屈曲部を形成する一方、前記導電材を相対的になだらなに屈曲させて前記第２の屈曲部を形成する。