JP2013219233A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化を実現するとともに、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】基板１１の一面に、少なくとも第一電極層、半導体層及び第二電極層が、この順に重ねられた光電変換体１２が形成されてなる太陽電池と、基板１１の一面に、光電変換体１２を少なくとも被覆するように配されたシール部材３０と、シール部材３０上に配された被覆基板４０と、を備え、シール部材３０が、光電変換体１２側に配された第一シール部材３１と、被覆基板側４０に配され、第一シール部材３１とは異なる材料からなる第二シール部材３２とを有し、第一シール部材３１の厚みが、第二シール部材３２の厚みよりも厚い。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールに係り、より詳細には、薄型化が図れるとともに、高い信頼性を有する太陽電池モジュールに関する。

エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。例えば、アモルファス（非結晶）シリコン薄膜を利用した太陽電池が、低コストの太陽電池として普及している。

アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホール（正孔）を発生するｉ型のアモルファスシリコン膜を、ｐ型およびｎ型のシリコン膜で挟んだｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜が用いられ、この半導体膜の両面にそれぞれ電極を形成したものである。
太陽光によって発生した電子とホールは、ｐ型・ｎ型半導体の電位差によって所定の方向に移動し、これが連続的に繰り返されることで画面の電極に電位差が生じる。

こうしたアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、受光面側となるガラス基板にＴＣＯ（透明導電性酸化物）などの透明電極を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるＡｇ薄膜などを形成してなる。このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池は、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、また抵抗値の間題もあるため、例えば、図１５に示すように、光電変換体１１２を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子１１２aを形成し、互いに隣接する区画素子１１２ａ同士を電気的に接続してなる。具体的には、基板１１１上に広い面積で均一に形成した光電変換体１１２に、レーザー光などでスクライブ線（スクライブライン）１１９と称される溝を形成して多数の短冊状の区画素子１１２ａとし、この区画素子同士を電気的に直列に接統した構造とする。

ところで、図１５に示すように、太陽電池には、通常、その種類によらず、電子を効率よく集めるための集電電極１２０、及び電気を外部に取り出すための取り出し電極１２１が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、太陽電池は、光電変換体１１２を少なくとも被覆するように配されたシール部材１３０と、前記シール部材１３０上に配された被覆基板１４０とを有している。取り出し電極１２１は、シール部材１３０、被覆基板１４０を通じて外部に導出されている。

このような取り出し電極１２１は、例えばリボン状の銅箔とその周囲に設けられたメッキ層からなるが、取り出し電極１２１の厚みは基板面内において凹凸を生じさせてしまう。この取り出し電極１２１の厚みに起因する内部応力が発生し、この内部応力によって基板が割れる場合があり品質や信頼性を低下させる問題となっていた。

そこで、取り出し電極１２１の厚みを吸収するために、従来、シール部材１３０として、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などが使われていた。ＥＶＡは柔らかい（流動性がよい）材料であり、凹凸を十分に吸収して内部応力を緩和させることができる。
しかしながら、ＥＶＡは強度が弱いため、シール部材にある程度の強度を持たせるためには、シール部材を厚く形成しなければならず、モジュールの薄型化の妨げになっていた。

特開２００２−３１４１０４号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、薄型化を実現するとともに、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の太陽電池モジュールは、基板の一面に、少なくとも第一電極層、半導体層及び第二電極層が、この順に重ねられた光電変換体が形成されてなる太陽電池と、前記基板の一面に、前記光電変換体を少なくとも被覆するように配されたシール部材と、前記シール部材上に配された被覆基板と、を備え、前記シール部材が、前記光電変換体側に配された第一シール部材と、前記被覆基板側に配され、前記第一シール部材とは異なる材料からなる第二シール部材とを有し、前記第一シール部材の厚みが、前記第二シール部材の厚みよりも厚いことを特徴とする。
また、本発明の請求項２に記載の太陽電池モジュールは、請求項１において、前記第一シール部材が、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなり、前記第二シール部材が、非架橋系オレフィン系樹脂からなることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールでは、前記シール部材において、前記光電変換体側に配された第一シール部材と、前記被覆基板側に配され、前記第一シール部材とは異なる材料からなる第二シール部材とで構成し、それぞれに異なる機能を持たせている。すなわち、取り出し電極の厚みを第一シール部材で吸収させて、取り出し電極の厚みによる内部応力を緩和し、第二シール部材で強度を確保している。その結果、本発明では、薄型化を実現するとともに、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールの第一の構成例を模式的に示す分解斜視図。 図１に示す太陽電池モジュールの断面図であり、図１中Ｘ１−Ｘ２線における断面図。 図１及び図２に示した太陽電池モジュールの製造方法を説明する斜視図。 図３中Ｘ３−Ｘ４線における断面図。 図３の次工程を説明する斜視図。 図５中Ｘ５−Ｘ６線における断面図。 図５の次工程を説明する斜視図。 図７中Ｘ７−Ｘ８線における断面図。 図７の次工程を説明する斜視図。 図９中Ｘ９−Ｘ１０線における断面図。 図９の次工程を説明する斜視図。 図１１中Ｘ１１−Ｘ１２線における断面図。 図１１の次工程を説明する斜視図。 図１３中Ｘ１３−Ｘ１４線における断面図。 従来の太陽電池モジュールの一構成例を模式的に示す分解斜視図。

以下、本発明の太陽電池モジュール及びその製造方法について、図面を引用しながら詳しく説明する。なお、以下の説明で使用する図面は、本発明の特徴を判り易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。

図１及び図２は、本実施形態の太陽電池モジュール１の一構成例を模式的に示す図であり、図１は分解斜視図、図２は、図１中Ｘ１−Ｘ２線における拡大断面図である。
この太陽電池モジュール１は、基板１１の一面１１ａに、少なくとも第一電極層１３、半導体層１４及び第二電極層１５が、この順に重ねられた光電変換体１２が形成されてなる太陽電池１０と、前記太陽電池１０を構成する前記第二電極層１５上に配された集電電極２０と、前記集電電極２０に一端が電気的に接続され且つ前記太陽電池１０を構成する前記第二電極層１５上に配された取り出し電極２１と、前記基板１１の一面１１ａに、前記光電変換体１２を少なくとも被覆するように配されたシール部材３０と、前記シール部材３０上に配された被覆基板４０と、を備える。

太陽電池１０は、公知のもので良く、例えば、アモルファス型、ナノクリスタル型等が例示でき、さらに、薄膜型、タンデム型等が例示できるが、これらに限定されない。

ここに示す太陽電池１０は、図２に示すように、基板１１の一面１１ａに、少なくとも第一電極（下部電極）層１３、半導体層１４、第二電極層（上部電極）層１５がこの順に積層されてなる光電変換体１２を備える。

基板１１は、例えば、ガラスや透明樹脂等、太陽光の透適性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されていれば良い。このような基板１１の他面１１ｂ側から太陽光を入射させることで、太陽電池１０を発電させることかできる。

第一電極層１３は、透明な導電材料、例えば、ＴＣＯ、ＩＴＯなどの光透過性の金属酸化物で形成されていれば良い。
また、第二電極層１５は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の導電性の金属腹で形成されていれば良い。

例えば、太陽電池１０が薄膜シリコン太陽電池である場合、半導体層１４は、図２の上部に示すように、ｐ型シリコン膜１７とｎ型シリコン膜１８との間にｉ型シリコン膜１６を挟んだｐｉｎ接合構造を成す。そして、この半導体層１４に太陽光が入射すると、電子とホールか生じて、ｐ型シリコン膜１７とｎ型シリコン膜１８との電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層１３と第二電極層１５との間に電位差か生じる（光電変換）。なお、シリコン膜は、アモルファス型、ナノクリスクル型等、いずれでも良い。

光電変換体１２は、図１に示すように、通常、スクライブ腺１９によって、例えば、外形が短冊状の多数の区画素子１２ａに分割される。この区画素子１２ａは、互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子同士の間で、例えば、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体１２は、多数の区画素子を全て電気的に直列に繋いだ形態となり、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線１９は、例えば、基板１１の一面１１ａに均一に光電変換体１２を形成した後、レーザー等によって光電変換体１２に所定の間隔で溝を形成することにより形成すれば良い。

また、ここでは、半導体層１４としてｐｉｎ接合構造が一層であるものを例示しているが、これに限定されず、ｐｉｎ接合構造が二層又は三層等、複数層であるタンデム型でも良い。かかるタンデム型の半導体層１４の場合、照射する光の波長により、光電変換を行う層を調節するようにできる。

ここに示す太陽電池モジュール１においては、太陽電池１０の光電変換体１２上に二つのリボン状の集電電極２０が設けられている。
光電変換体１２は、図１に示すように、表面が略四角形状となっており、表面の対内する二つの周縁部に沿って、集電電極２０が配置されている。そして、集電電極２０上には、取り出し電極２１の一方の端部が配置されており、取り出し電極２１及び集電電極２０が電気的に接続されている。取り出し電極２１の他方の端部側は、電気を容易に取り出せるように、光電変換体１２の表面１２ａから立ち上がるように曲げられている。
太陽電池モジュール１においては、取り出し電極２１と光電変換体１２との間に、保護シート２２、絶縁シート２３，２４が配置されており、取り出し電極２１と光電変換体１２とが接触しないようになっている。

前記集電電極２０及び取り出し電極２１は、リボン状の銅箔とその周囲に設けられたメッキ層からなる。
銅箔の厚みとしては特に限定されるものではないが、例えば３０〜３００［ｐｍ］とし、その幅は特に限定されるものではないが、例えば０．１〜１０［ｍｍ］とする。
また、メッキ層は、例えばＡｇ（銀）、Ｓｎ（錫）、Ｃｕ（銅）等の材料からなり、その厚みは特に限定されるものではないが、例えば１〜１００［μｍ］とする。

被覆基板４０は、シール部材３０を介して太陽電池１０、集電電極２０及び取り出し電極２１を覆うように重ねて配されている。また、被覆基板４０には開口部４０ａが設けられており、この開口部４０ａを介して取り出し電極２１の他端２１ｂが外部に引き出されている。
被覆基板４０は、例えば、ガラスや透明樹脂等、耐久性を有する絶縁材料で形成されていれば良い。

そして本発明の太陽電池モジュール１は、前記シール部材が、前記光電変換体１２側に配された第一シール部材３１と、前記被覆基板４０側に配され、前記第一シール部材３１とは異なる材料からなる第二シール部材３２とを有し、前記第一シール部材３１の厚みが、前記第二シール部材３２の厚みよりも厚いことを特徴とする。

本発明では、前記シール部材３０において、前記光電変換体１２側に配された第一シール部材３１と、前記被覆基板４０側に配され、前記第一シール部材３１とは異なる材料からなる第二シール部材３２とで構成し、それぞれに異なる機能を持たせている。すなわち、取り出し電極２１の厚みを、第一シール部材３１で吸収させ、取り出し電極２１の厚みによる内部応力を緩和している。一方、第二シール部材３２で強度を確保している。その結果、本発明の太陽電池モジュール１は、薄型化を実現するとともに、信頼性の高いものとなる。

第一シール部材３１を構成する材料としては、柔らかい材料が好ましく、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が流動性に優れており好ましい。このような材料を用いることで、基板上の凹凸を吸収することができ、内部応力を緩和することができる。
第一シール部材３１の厚みとしては、特に限定されるものではないが、基板上の凹凸を吸収するために、最大凸部の高さ（例えば取り出し電極２１の厚み）と同じ程度であれば十分である。具体的には、例えば５０〜３００μｍであることが好ましい。

第二シール部材３２を構成する材料としては、強度のある材料が好ましく、例えば、非架橋系オレフィン系樹脂が水蒸気バリア性、強度に優れており好ましい。このような材料を用いることで、第二シール部材３２を薄くしても強度を保つことができ、シール部材３０の薄肉化を図ることができる。
第二シール部材３２の厚みとしては、第一シール部材３１よりも薄いものであれば特に限定されるものではないが、例えば１０〜３００μｍであることが好ましい。

第一シール部材３１を、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）から構成し、第二シール部材３２を非架橋系オレフィン系樹脂から構成することで、両者の弱点を克服するとともに、両者の長所を生かすことができ、シール部材３０を薄肉化することができる。
その結果、本発明の太陽電池モジュール１は、薄型化を実現するとともに、信頼性の高いものとなる。また、コストダウンも図ることが可能である。

次に、このような太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。
図３〜図１４は、本発明の太陽電池モジュール１の製造方法を説明する図であり、図３，５，７，９，１１，１３は斜視図、図４，６，８，１０，１２，１４は、それぞれ、図３，５，７，９，１１，１３中Ｘ−Ｘ線における断面図である。

太陽電池１０は公知の方法に従って製造できる。例えば、基板１１の一面１１ａ上に第一電極層１３、半導体層１４及び第二電極層１５をこの順に積層して光電変換体１２を形成する。なお、各層の厚さは従来の太陽電池と同様である。

光電変換体１２は、図３に示すように、通常、スクライブ線１９によって、例えば、外形が短冊状の多数の区画素子１２ａに分割される。この区画素子１２ａは、互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子１２ａ同士の間で、例えば、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体１２は、多数の区画素子１２ａを全て電気的に直列に繋いだ形態となり、高い電位差の電気を取り出すことができる。スクライブ線１９は、例えば、基板１１の一面１１ａに均一に光電変換体１２を形成した後、レーザー等によって光電変換体１２に所定の間隔で溝を形成することにより形成すれば良い。また、必要に応じて、第二電極層１５上に保護層を積層しても良い。

次に、光電変換体１２を構成する第二電極層１５上に集電電極２０を配する。
図３、図４に示すように、多数の区画素子１２ａのうち、両端に位置する区画素子１２ａの第二電極層１５上に、例えば半田（図示せず）を介して一対の集電電極２０を電気的に接続する。接続には一般的な半田ごてが用いられる。集電電極２０はリボン状の銅箔とその周囲に設けられたメッキ層からなり、区画素子１２ａの延在方向に平行して配される。

次に、光電変換体１２を構成する第二電極層１５上に取り出し電極２１を配する。
取り出し電極２１は、集電電極２０と同様に、リボン状の銀箔とその周囲に設けられたメッキ層からなる。
まず、図５、図６に示すように、セル中央部の光電変換体１２（第二電極層１５）上に保護シート２２、絶縁シート２３を配する。
さらに、図７、図８に示すように、光電変換体１２（第二電極層１５）上に絶縁シート２４を配し、絶縁シート２４上に取り出し電極２１を配する。
絶縁シート２２，２４の材質は、樹脂類であることが好ましく、合成樹脂であることがより好ましい。好ましい合成樹脂としては、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂が例示できる。絶縁シート２２，２４は公知のもので良く、市販品を使用しても良い。
また、取り出し電極２１の一端２１ａを、集電電極２０に電気的に接続する。この接続には半田を用いても良いし、超音波半田ごて等を用いて集電電極２０及び取り出し電極２１のメッキ層を溶融させることで接続しても良い。一方、取り出し電極２１の他端２１ｂは、光電変換体１２から立ち上がるように折り曲げておく。

次に、シール部材３０を、太陽電池１０を被覆するように重ねて形成する。
特に、本実施形態では、まず、図９、図１０に示すように、前記光電変換体１２上に、第一シール部材３１を設ける。
第一シール部材３１をなす樹脂が流動性を有するときに、基板１１の一面１１ａに、光電変換体１２を少なくとも被覆するように樹脂を塗布し、その後、当該樹脂を硬化させる。第一シール部材３１をなす樹脂を硬化させる方法は、当該樹脂に応じた方法を適宜使用すれば良い。
また、光電変換体１２上にシート状の第一シール部材３１を設ける方法であってもよい。

次に、図１１、図１２に示すように、第一シール部材３１上に前記第二シール部材３２を設ける。
第一シール部材３１上に、シート状の前記第二シール部材３２を設ける。なお、このとき、取り出し電極２１の他端２１ｂを、第一シール部材３１及び第二シール部材３２の外側に延出させておく。

そして、図１３、図１４に示すように、シール部材３０上に、前記被覆基板４０を設け、固定することで、太陽電池モジュール１の製造が完了する。
なお、このとき、取り出し電極２１の他端２１ｂを、シール部材３０、及び被覆基板４０に設けられた開口部４０ａを通じて、被覆基板４０の外側に延出させる。
このように、薄型化を実現するとともに、信頼性の高い太陽電池モジュール１を簡便に製造することができる。

なお、上述した実施形態では、シール部材３０の形成において、第一シール部材３１と第二シール部材３２とをそれぞれ別個に、光電変換体１２上に順に設けた場合を例に挙げて説明したが、第一シール部材３１と第二シール部材３２とを予め貼り合わせたシート状のシール部材３０としておき、このシール部材３０を、光電変換体１２上に設けてもよい。

この場合、第一シール部材３１を薄くした場合に、第一シール部材をシート化した場合に単独では十分な強度を保つことが難しいが、薄くても強度を保つことができる第二シール部材３２を支持基板として、第一シール部材３１をシート状に設けることができ、シール部材３０の更なる薄肉化、太陽電池モジュール１の更なる薄型化を図ることができる。

以上、本発明の太陽電池モジュールについて説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明の太陽電池モジュールは、図で例示したものに限定されず、本発明の効果を損なわない範囲内において、適宜構成の一部を変更しても良い。

本発明は、太陽電池モジュールに広く適用可能である。

１ 太陽電池モジュール、１０太陽電池、１１ 基板、１１ａ 一面、１２光電変換体、１３第一電極層、１４ 半導体層、１５ 第二電極層、２０ 集電電極、２１ 取り出し電極、２１ａ 一端、２１ｂ 他端、３０ シール部材、３１ 第一シール部材、３２ 第二シール部材、３２ａ 開口部、４０ 被覆基板。

Claims (2)

1. 基板の一面に、少なくとも第一電極層、半導体層及び第二電極層が、この順に重ねられた光電変換体が形成されてなる太陽電池と、
   前記基板の一面に、前記光電変換体を少なくとも被覆するように配されたシール部材と、
   前記シール部材上に配された被覆基板と、を備え、
   前記シール部材が、
   前記光電変換体側に配された第一シール部材と、
   前記被覆基板側に配され、前記第一シール部材とは異なる材料からなる第二シール部材とを有し、
   前記第一シール部材の厚みが、前記第二シール部材の厚みよりも厚いことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第一シール部材が、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなり、
   前記第二シール部材が、非架橋系オレフィン系樹脂からな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。

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