JP2013145809A - 太陽電池装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルの裏面電極と基板の基板接続端子とを接続する導電性接着材どうしの短絡を、構成要素を増やすことなく防止する。
【解決手段】基板２には、太陽電池セルの裏面に交互に配列された正極用および負極用の裏面電極にそれぞれ対向する位置に、正極用および負極用の基板接続端子３ａ・３ｂが設けられる。導電性接着材５ａ・５ｂは、正極用および負極用の基板接続端子３ａ・３ｂに千鳥状に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板に１または複数の裏面電極型太陽電池セルを搭載した太陽電池装置およびその製造方法に関するものである。

太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽電池は、特に地球環境問題の観点から期待が高まっている。その多くは、受光面側にｎ電極が設けられていたが、本電極により光が遮られ、受光量減少に伴い変換効率が低下するという問題があった。

これを回避する方法として、近年、裏面側に電極を配した裏面電極型太陽電池装置が市販されている。裏面電極型太陽電池装置は、太陽電池セルと基板とが導電性接着剤で接続されている構造を有している。より具体的には、主に金メッキ処理を施された基板接続端子と太陽電池セルの裏面電極とが、導電性接着剤により電気的に接続されている。

図６は、従来の裏面電極型太陽電池装置１０１の断面図であり、図７は、従来の裏面電極型太陽電池装置１０１の基板側部材の平面図である。図６および図７に示すように、裏面電極型太陽電池装置１０１は、基板２上に形成され、金メッキ処理を施された基板接続端子３と、太陽電池セルの裏面電極１２とが、Ａｇペースト等の導電性接着材１０５により電気的に接続されている。なお、図７では、導電性接着材１０５がハッチングで示されている。

電気的に接続された後の太陽電池セル４に対しては、封止樹脂あるいはラミネート封止により封止が行われるが、封止材６と基板２との接着力を確保するために、基板２上にはソルダーレジスト（半田レジスト）７が形成されている。

図７に示されるように、裏面電極型太陽電池装置１０１の基板３には、太陽電池セル４の外形とほぼ同一サイズの領域に基板接続端子３が形成されている。また、導電性接着材１０５は、太陽電池セル４の搭載後における導電性接着材１０５の形状が、基板接続端子３に納まるよう導電性接着材１０５の拡がりを考慮した形状で塗布される。これは、電極間の短絡を回避するためである。

特許文献１には、裏面電極型の太陽電池モジュールにて電極間の短絡を回避する別の手法が記載されている。特許文献１によれば、正極と負極との接触を防ぐため、基板の端子を絶縁性保護膜で被覆しており、これにより、太陽電池セル間を狭くすることを可能としている。

特開２０１１−６６２３０号公報（２０１１年３月３１日公開）

しかし、特許文献１に記載の手法では、上記基板に上記絶縁性保護膜を新たに形成する必要があり、従来よりも太陽電池モジュールの製造工程が増えるという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成要素および製造工程を増やすことなく、接続部材どうしの短絡を防止できる太陽電池装置を提供することにある。

本発明に係る太陽電池装置は、基板に１または複数の裏面電極型太陽電池セルを搭載した太陽電池装置であって、上記課題を解決するために、前記太陽電池セルの裏面には、正極用および負極用の電極が交互に配列されており、前記基板には、正極用および負極用の実装端子が、前記太陽電池セルの正極用および負極用の電極にそれぞれ対向する位置に設けられており、前記正極用の電極と前記正極用の実装端子とは、正極用の接続部材により電気的に接続され、前記負極用の電極と前記負極用の実装端子とは、負極用の接続部材により電気的に接続されており、前記正極用の接続部材と負極用の接続部材とは、千鳥状に配置されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、接続部材が千鳥状に配置されているため、隣り合う電極に設けられた接続部材どうしの間隔を、上記隣り合う電極どうしの間隔よりも広くすることができる。従って、接続部材どうしの短絡を防止することができ、電極間の短絡を防止することができる。また、従来は電極および端子の全体に形成されていた接続部材を、部分的に形成することで上記の構成を実現できるので、構成要素を増やすことがない。

なお、接続部材の例としては、導電性接着材が挙げられる。

本発明に係る太陽電池装置では、前記正極用および負極用の実装端子の一端側には、複数の前記正極用の実装端子に接続された正極用の集電線が、他端側には、複数の前記負極用の実装端子に接続された負極用の集電線がそれぞれ前記基板に設けられており、前記正極用の接続部材は前記正極用の集電線側に配置される一方、前記負極用の接続部材は前記負極用の集電線側に配置されていることが好ましい。この場合、実装端子における接続部材の接続領域から集電線までの距離が短くて済むので、電極から集電線までの配線抵抗を低減することができる。

なお、前記接続部材は、１つの部材であってもよいし、複数の接続片を離間して配置したものであってもよい。

また、前記実装端子において、前記接続部材が接続される領域以外の領域は絶縁性の保護膜で被覆されていてもよい。また、前記電極は、前記接続部材が接続される領域にのみ設けられていてもよい。この場合、隣り合う接続部材と実装端子および電極とが短絡することを防止できる。

本発明に係る太陽電池装置の製造方法は、基板に１または複数の裏面電極型太陽電池セルを搭載した太陽電池装置の製造方法であって、上記課題を解決するために、前記基板において、前記太陽電池セルの裏面に交互に配列された正極用および負極用の電極に対向する位置に、正極用および負極用の実装端子をそれぞれ形成する端子形成工程と、前記正極用および負極用の実装端子に、正極用および負極用の接続部材を千鳥状に配置する接続部材配置工程とを含むことを特徴としている。

上記の方法によれば、接続部材が千鳥状に配置されているため、隣り合う電極に設けられた接続部材どうしの間隔を、上記隣り合う電極どうしの間隔よりも広くすることができる。従って、接続部材どうしの短絡を防止することができ、電極間の短絡を防止することができる。また、従来は電極および端子の全体に形成されていた接続部材を、部分的に形成することで上記の製造方法を実現できるので、製造工程を増やすことがない。

なお、前記接続部材配置工程において、前記実装端子の配列方向に、前記接続部材を配置していくことが好ましい。この場合、接続部材の印刷マスクからの抜け性が良好になる。

以上のように、本発明に係る太陽電池装置およびその製造方法は、接続部材が千鳥状に配置されることにより、接続部材どうしの短絡を防止できるという効果を奏する。また、従来は電極および端子の全体に形成されていた接続部材を、部分的に形成することで実現できるので、構成および製造工程が増えることを防止できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態である太陽電池モジュールを示す断面図である。 上記太陽電池モジュールの基板側部材を示す平面図である。 上記太陽電池モジュールの基板側部材の別の実施例を示す平面図である。 上記太陽電池モジュールの基板側部材のさらに別の実施例を示す平面図である。 上記太陽電池モジュールの製造方法において、基板に導電性接着材を塗布する方向を示す平面図である。 従来の太陽電池モジュールを示す断面図である。 従来の太陽電池モジュールの基板側部材を示す平面図である。

本発明の太陽電池モジュール基板および太陽電池モジュールに関する実施の一形態について図１〜図７に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、以下では、正極用の部材については添字ａを付し、負極用の部材については添字ｂを付している。
（太陽電池モジュール１の構成）
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール（太陽電池装置）１の、導電性接着材５が設けられた位置（接続部）における断面図である。太陽電池モジュール１は、金メッキ処理を施されて基板２上に形成された細長の基板接続端子（実装端子）３と、裏面電極型太陽電池セル４の細長の裏面電極（電極）１２とが、導電性接着材（接続部材）５によって電気的に接続されている。裏面電極１２の材料は、例えばＡｇ（銀）である。また、導電性接着材５は例えばＡｇペースト、Ａｕペーストである。なお、導電性接着材５の代わりに導電性シートを利用してもよい。

太陽電池セル４は、封止材６により封止されている。封止材６は、例えば透明な樹脂または透明なシートである。また、封止材６と基板２との接着力を確保するために、基板２と封止材６との間にソルダーレジスト（半田レジスト、絶縁性の保護膜）７が形成されている。

基板接続端子３は、長辺（長手方向）が図１に示したＸ方向と平行であり、短辺（短手方向）がＹ方向と平行である長方形である。なお、基板接続端子３の位置、形状および個数は、図１において示される位置、形状及び個数に限定されない。

図７は、従来の太陽電池モジュール１０１を示す断面図である。図示のように、従来は、導電性接着材１０５が、基板接続端子３のほぼ全域に塗布されている。なお、図中の二点破線９は太陽電池セル４の搭載位置を示している。同図において、集電線１０は基板２上に略平行に配置されている。基板接続端子３は、同数ずつ正極用の集電線１０ａまたは負極用の集電線１０ｂと接続しており、正極用の集電線１０ａに接続する基板接続端子（正極用の実装端子）３ａと、負極用の集電線１０ｂに接続する基板接続端子（負極用の実装端子）３ｂとが、Ｙ方向（短手方向）に交互に並ぶように配置（配列）されている。

さて、封止材６は、導電性接着材５・１０５よりも対被着体との接着力が高い。すなわち、太陽電池セル４と封止材６との接着力は、太陽電池セル４と導電性接着材５・１０５との接着力よりも大きい。また、封止材６と基板２との接着力は、導電性接着材５・１０５と基板接続端子３との接着力よりも大きい。さらに、封止材６とソルダーレジスト７との接着力は、導電性接着材５・１０５とソルダーレジスト７との接着力よりも大きい。

従って、基板接続端子３の面積および導電性接着材５の塗布領域（接着領域）を、従来よりも小さくすれば、上記接着力に関する特性から、従来よりも太陽電池モジュール１の強度を向上させることができるので望ましい。
（導電性接着材５の塗布形態）
以下に、図２〜図４を用いて、図１に示す太陽電池モジュール１の基板２上における、基板接続端子３及び導電性接着材５の塗布形態の例を説明する。

図２〜図４は、図１に示す太陽電池モジュール１の基板側部材を示す平面図である。図２〜図４では、集電線１０は基板２上に略平行に配置されている。基板接続端子３は、同数ずつ正極用の集電線１０ａまたは負極用の集電線１０ｂと接続しており、集電線１０ａに接続する基板接続端子３ａと、集電線１０ｂに接続する基板接続端子３ｂとが、Ｙ方向に交互に隣り合うように配置されている。

図２では、図７と異なり、導電性接着材５が、基板接続端子３上において、それと接続する集電線１０の側に塗布されている。すなわち、正極用の導電性接着材５ａが、正極用の基板接続端子３ａ上において、正極用の集電線１０ａの側に塗布される一方、負極用の導電性接着材５ｂが、負極用の基板接続端子３ｂ上において、負極用の集電線１０ｂの側に塗布される。あるいは、導電性接着材５が、集電線１０の長辺方向（基板接続端子３の配列方向）に千鳥状に塗布されているといってもよい。あるいはまた、導電性接着材５が、隣接する基板接続端子３で互い違いの位置に配置されているといってもよい。

図３では、図２と同様に、導電性接着材５が、基板接続端子３上において、それと接続する集電線１０の側に塗布されている。また、１つの基板接続端子３上で２箇所に分割して導電性接着材（接続片）５が塗布されている。

図４では、図２および図３と同様に、導電性接着材５が、基板接続端子３上において、それと接続する集電線１０の側に塗布されている。また、基板接続端子３において、導電性接着材５を塗布しない領域は、絶縁性の表面保護膜２０によって被覆されている。これにより、導電性接着材５を塗布した領域は、表面保護膜２０の開口部２１となり、基板接続端子３および導電性接着材５が露出することになる。

以上の図２〜図４に示すように導電性接着材５を塗布することによって、隣り合う基板接続端子３ａ・３ｂに設けられた導電性接着材５ａ・５ｂどうしの間隔を、上記隣り合う基板接続端子３ａ・３ｂの間隔よりも広くすることができる。従って、導電性接着材５ａ・５ｂどうしの短絡を防止することができ、基板接続端子３ａ・３ｂ間の短絡、および、裏面電極１２ａ・３ｂ間の短絡を防止することができる。また、従来は裏面電極１２および基板接続端子３の全体に形成されていた導電性接着材５を、部分的に形成することで上記の構成を実現できるので、構成要素を増やすことがない。また、上記短絡の防止により、裏面電極１２ａ・３ｂどうしの間隔、および基板接続端子３ａ・３ｂどうしの間隔を、さらに狭くすることが可能となる。

また、本実施形態の太陽電池モジュール１は、従来の太陽電池モジュール１０１に比べて、導電性接着材５の塗布領域（接着領域）を小さくできるので、上述の接着力に関する特性から、従来よりも太陽電池モジュール１の強度を向上させることができる。また、基板接続端子３における導電性接着材５の配置領域から、該基板接続端子３が接続する集電線１０までの距離が短くて済むので、裏面電極１２から集電線１０までの配線抵抗を低減することができる。

また、図４に示す構成により、隣り合う導電性接着材５と基板接続端子３との短絡を防止することができる。また、基板接続端子３の露出面積を小さくできるので、太陽電池モジュール１の強度をさらに向上させることができる。なお、図２〜図４は単なる例であって、本発明において導電性接着材の塗布形態がこれらに限られるものではない。
（太陽電池モジュール１の製造方法）
太陽電池モジュール１の製造方法では、まず、基板２上に基板接続端子３及び集電線１０をパターン形成し（端子形成工程）、次に、パターン形成された基板２に導電性接着材５を供給する（接続部材配置工程）。

図５は、基板２の基板接続端子３上に導電性接着材５を塗布する方向を示す平面図である。同図の矢印１１が導電性接着材５の塗布方向を示している。図示のように、基板接続端子３の長手方向と導電性接着材５の印刷方向（塗布方向）とが垂直になることを示している。すなわち、基板接続端子３の短手方向（配列方向）に、導電性接着材５を塗布しているといえる。これにより、導電性接着材５の印刷マスクからの抜け性が良好となる。このとき、導電性接着材５は、太陽電池セル４を搭載後に導電性接着材５が基板接続端子３上に納まるように、太陽電池セル搭載前後での導電性接着材５の拡がりを考慮した形状で塗布される。以上の工程までで、本発明の太陽電池モジュール基板が完成する。

次に、基板接続端子３における接続部と裏面電極１２とが導電性接着材５を介して接触するように基板２上の搭載位置９に太陽電池セル４を搭載した状態で導電性接着材５を硬化し、基板２と太陽電池セル４とを接続する。なお、導電性接着材５の形成方法は、印刷であっても良いし、ポッティングであってもよい。また、材質によっては、導電性接着材５の硬化を省略してもよい。

最後に、封止材６によって基板２および太陽電池セル４を封止し、硬化する。なお、封止材６の上記封止方法としては、トランスファーモールド、圧縮成型、ポッティング、ラミネートなどが挙げられる。

以上の工程を経て、太陽電池モジュール１が完成する。従って、従来は裏面電極１２および基板接続端子３の全体に形成されていた導電性接着材５を、部分的に形成することで上記の製造方法を実現できるので、製造工程を増やすことがない。また、導電性接着材５の使用量を低減できるので、製造コストを低減することができる。

なお、裏面電極１２および基板接続端子３は、導電性接着材５が接続されている領域のみに形成してもよい。この場合、裏面電極１２および基板接続端子３を短くできるので、材料の使用量を低減することができ、製造コストの低減に繋げることができる。また、導電性接着材５の塗布量を低減することにより、太陽電池モジュール１の電池特性の低下が懸念されるが、実際には、上記塗布量を従来よりも著しく低減しても、上記電池特性への影響は見られなかった。

以上のように、太陽電池モジュール１における太陽電池セル４と基板２とは、導電性の導電性接着材５で接続されており、導電性接着材５は、基板接続端子３ごとに千鳥状に配置されている。これにより、隣り合う基板接続端子３間において、導電性接着材５どうしの短絡を防止することができるため、特性の低下を抑えることができる。また、太陽電池セル４が導電性接着材５と接合する領域が狭くなり、製造コストを低減することが可能となる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル４を含んでいるが、１つの太陽電池セル４を含むものであってもよい。

以上のように、接続部材が千鳥状に配置されることにより、接続部材どうしの短絡を防止できるので、フリップチップボンドなど、電子デバイスの基板への任意の実装に本発明を適用することができる。

１ 太陽電池モジュール（太陽電池装置）
２ 基板
３ 基板接続端子（実装端子）
４ 太陽電池セル
５ 導電性接着材（接続部材）
６ 封止材
７ ソルダーレジスト
９ 太陽電池セルの搭載位置
１０ 集電線
１１ 導電性接着材の塗布方向
１２ 裏面電極（電極）
２０ 表面保護膜（絶縁性の保護膜）
２１ 開口部

Claims (7)

1. 基板に１または複数の裏面電極型太陽電池セルを搭載した太陽電池装置であって、
   前記太陽電池セルの裏面には、正極用および負極用の電極が交互に配列されており、
   前記基板には、正極用および負極用の実装端子が、前記太陽電池セルの正極用および負極用の電極にそれぞれ対向する位置に設けられており、
   前記正極用の電極と前記正極用の実装端子とは、正極用の接続部材により電気的に接続され、前記負極用の電極と前記負極用の実装端子とは、負極用の接続部材により電気的に接続されており、
   前記正極用の接続部材と負極用の接続部材とは、千鳥状に配置されていることを特徴とする太陽電池装置。
2. 前記正極用および負極用の実装端子の一端側には、複数の前記正極用の実装端子に接続された正極用の集電線が、他端側には、複数の前記負極用の実装端子に接続された負極用の集電線がそれぞれ前記基板に設けられており、
   前記正極用の接続部材は前記正極用の集電線側に配置される一方、前記負極用の接続部材は前記負極用の集電線側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池装置。
3. 前記接続部材は、前記電極と前記実装端子とを接続する複数の接続片を離間して配置したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池装置。
4. 前記実装端子において、前記接続部材が接続される領域以外の領域は絶縁性の保護膜で被覆されていることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の太陽電池装置。
5. 前記電極は、前記接続部材が接続される領域にのみ設けられていることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の太陽電池装置。
6. 基板に１または複数の裏面電極型太陽電池セルを搭載した太陽電池装置の製造方法であって、
   前記基板において、前記太陽電池セルの裏面に交互に配列された正極用および負極用の電極に対向する位置に、正極用および負極用の実装端子をそれぞれ形成する端子形成工程と、
   前記正極用および負極用の実装端子に、正極用および負極用の接続部材を千鳥状に配置する接続部材配置工程とを含むことを特徴とする太陽電池装置の製造方法。
7. 前記接続部材配置工程において、前記実装端子の配列方向に、前記接続部材を配置していくことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池装置の製造方法。

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