JP2014041940A

JP2014041940A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2014041940A
Application number: JP2012183787A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Hasegawa; 裕樹長谷川; Shinsuke Miyamoto; 慎介宮本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-03-06

Abstract

【課題】製造コストが低く、長期信頼性の高い太陽電池モジュールを得ること。
【解決手段】複数の太陽電池セル１と、太陽電池セル１同士を接続するインターコネクタ４とを有し、複数の太陽電池セル１をインターコネクタ４で直列に接続した複数のストリング５と、並列に配置された複数のストリング５と、複数のストリング５を直列に接続する横タブ９とを有する太陽電池アレイ８と、太陽電池アレイ８において集電された電力を太陽電池アレイ８から出力を取り出す出力タブ１０と、を備え、インターコネクタ４、横タブ９及び出力タブ１０の少なくともいずれかは、アルミニウムを原材料として形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

一般に、太陽電池セルは、Ｐ型シリコン基板を基材とし、表面側には、光の集光率を高めるためセル表面にテクスチャエッチングにより凹凸形状を形成し、その上に反射防止膜であるシリコン窒化膜が成膜されている。さらに、光−電子変換された電子を集めるバス電極と複数のグリッド電極がシリコン窒化膜の上に形成されている。一方、Ｐ型シリコン基板の裏面側には、開放電圧及び短絡電流を向上させるための裏面電界（ＢＳＦ：ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層を形成するためのＡｌ電極及び外部電極とコンタクトを取るための裏面バス電極が形成されている。

このような太陽電池セルでは、バス電極及び裏面バス電極のそれぞれのベースメタルにはインターコネクタが接続され、光−電子変換により発生した電力が外部に取り出される。さらに、太陽電池セル１枚では発生する電力が小さいため、複数の太陽電池セルを併設して、複数の太陽電池セルをインターコネクタや横タブで直列に接続して実用的な電力を取り出せるように構成された太陽電池モジュールが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

このような太陽電池モジュールは、インターコネクタで直列に接続した複数の太陽電池セル（本明細書では以下、ストリングと称する。）を複数個並列に配置し、それらを横タブにて直列に接続したもの（本明細書では以下、太陽電池アレイと称する。）が、ガラスなどの透光性の高い表面カバー材と裏面カバー材との間に配置され、エチレンビニルアセテート等を主成分とする封止材で封止されるものが一般的である。太陽電池アレイには、集電した電力を取り出す出力タブが設けられ、出力タブから端子ボックスを介して外部インタフェースへ電力を出力するものが一般的である。

なお、インターコネクタ・横タブ・出力タブ（本明細書では以下、三つを総称してタブ線と称する。）のベースメタルは一般的にＣｕで形成されており（例えば、特許文献２参照。）、タブ線表面での光拡散反射構造による光取り込み構造を設けるなどの表面加工を施したものが用いられることがある（例えば、特許文献３参照。）。

特許第４６４６５５８号公報国際公開第２００５／１１４７５１号特表２００９−５１８８２３号

しかしながら、上記従来の技術によれば、タブ線を任意の線形にするための圧延やスリット加工を施した後に、タブ線表面にスリットによる任意の表面形状加工を行うといった２〜３工程を有することで加工数が増加してしまい加工費が増加してしまうという問題があった。

加えて、複数の加工工程を経ることでタブ線に何度も加工硬化が加わり、タブ線の疲労強度が低下し、長期信頼性の低下を招くといった問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造コストが低く、長期信頼性の高い太陽電池モジュール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、複数の太陽電池セルと、太陽電池セル同士を接続するインターコネクタとを有し、複数の太陽電池セルをインターコネクタで直列に接続した複数のストリングと、並列に配置された複数のストリングと、複数のストリングを直列に接続する横タブとを有する太陽電池アレイと、太陽電池アレイにおいて集電された電力を太陽電池アレイから出力を取り出す出力タブと、を備え、インターコネクタ、横タブ及び出力タブの少なくともいずれかは、アルミニウムを原材料として形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、製造コストの高騰を抑えつつ長期信頼性を高めることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態に適用される太陽電池セルの概略構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態にかかるストリングの概略構成を示す斜視図である。図３は、インターコネクタを太陽電池セルに接着する工程を説明する図である。図４は、太陽電池アレイの概略構成を示す斜視図である。図５は、太陽電池モジュールの斜視図である。図６は、図５に示す太陽電池モジュールの分解斜視図である。図７は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の一例の上面図である。図８は、図７に示すタブ線のＡ−Ａ’断面図である。図９は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１０は、図９に示すタブ線のＢ−Ｂ’断面図である。図１１は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１２は、図１１に示すタブ線のＣ−Ｃ’断面図である。図１３は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１４は、図１３に示すタブ線のＤ−Ｄ’断面図である。図１５は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１６は、図１５に示すタブ線のＥ−Ｅ’断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール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．
図１は、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態に適用される太陽電池セルの概略構成を示す斜視図であって、裏面側から見た状態を示す。太陽電池セル１は、Ｐ型シリコン基板において、光の集光率を高めるためにセル表面（受光面）にテクスチャエッチングにより凹凸形状を形成し、その上に反射防止膜であるシリコン窒化膜を成膜したものである。太陽電池セル１の受光面には、光−電子変換によって発生した電子を集める表面バス電極とグリッド電極とが形成されている。

太陽電池セル１の裏面には、Ａｌ電極２及び裏面Ａｇ電極３が形成されている。Ａｌ電極２は、開放電圧及び短絡電流を向上させるための裏面電界層を形成するために設けられる電極であり、太陽電池セル１の裏面略全域を覆うように形成される。

また、裏面Ａｇ電極３は、外部電極とコンタクトを取るために設けられる電極である。Ａｌ電極２及び裏面Ａｇ電極３は、金属粒子を有する導電性塗料を所望の範囲に塗布して焼成することで形成される。

図２は、実施の形態にかかるストリングの概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、複数の太陽電池セル１が併設され、インターコネクタ４で直列に接続されて、ストリング５が形成される。

インターコネクタ４は、太陽電池セル１の裏面に形成された裏面Ａｇ電極３にその一端側領域４ａが接着され、隣接する太陽電池セル１の受光面に形成された表面バス電極に他端側領域４ｂ（図１も参照）が接着される。このように、隣接する太陽電池セル１同士がインターコネクタ４によって連結されることでストリング５が形成される。

インターコネクタ４は、一般的にＣｕを材料としたベースメタルにはんだコーティング（例えば、はんだめっき。）を施したものが使用される。インターコネクタ４は、平面視において太陽電池セル１の連結方向（第１の方向、図１中の矢印Ｘ方向。）に延びる略長方形形状を呈している。裏面Ａｇ電極３は連結方向に沿って設けられている。なお、インターコネクタ４は、ベースメタルにはんだコーティングが施されていない無垢のものを用いても良い。

図３は、インターコネクタを太陽電池セルに接着する工程を説明する図である。図３に示すように、太陽電池セル１の裏面Ａｇ電極３にインターコネクタ４の一端側領域４ａを重ねた状態で、ヒートツール６で加熱することで、インターコネクタ４と裏面Ａｇ電極３とが接着される。

具体的には、ヒートツール６の加熱によってインターコネクタ４の表面にコーティングされたはんだが溶融し、その後冷却してはんだを凝固させることでインターコネクタ４と裏面Ａｇ電極３とがはんだを介して接着される。インターコネクタ４と裏面Ａｇ電極３とは、はんだを介して接着されることで電気的に接続されることとなる。なお、インターコネクタ４は、熱圧着や超音波溶着など種々の方法によって接着されてもよいし、無垢タブ（はんだコーティング無しのタブ）を用いて、追いはんだする（別途はんだを供給しつつ加熱してはんだ接合を行う）ことで接続されてもよい。

図４は、太陽電池アレイの概略構成を示す斜視図である。太陽電池アレイ８は、並列に配置した複数のストリング５を横タブ９を用いて直列に接続し、電力取り出し用の出力タブ１０を設置することで形成される。図５は、太陽電池モジュールの斜視図である。図６は、図５に示す太陽電池モジュールの分解斜視図である。太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ８の受光面側を封止する表封止材１２、表面カバー材１３で覆い、裏面側を裏封止材１４、バックフィルム１５で覆うとともに、補強用のフレーム１６で周囲を囲まれて形成される。

このように、本実施の形態にかかる太陽電池モジュールは、半導体基板の受光面側に受光面電極を、裏面側に裏面電極を有する複数の太陽電池セルと、受光面電極及び裏面電極にそれぞれ接続されて複数の太陽電池セルを直列に接続してストリングをなすインターコネクタと、並列に配置した複数のストリングを直列接続して太陽電池アレイを形成する横タブと、太陽電池アレイから電力を取り出す出力タブとを備えた構造となっている。

図７は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の一例の上面図である。図８は、図７に示すタブ線のＡ−Ａ’断面図である。図９は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１０は、図９に示すタブ線のＢ−Ｂ’断面図である。図１１は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１２は、図１１に示すタブ線のＣ−Ｃ’断面図である。図１３は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１４は、図１３に示すタブ線のＤ−Ｄ’断面図である。図１５は、表面にはんだコーティングを施したタブ線の別の一例の上面図である。図１６は、図１５に示すタブ線のＥ−Ｅ’断面図である。各例とも、ベースメタル２１の表面にはんだコーティング２０を施した構造となっている。これらのような上面が非平坦な形状のタブ線を用いることで、光の拡散反射構造を利用しての電流取り込み量向上の効果が得られる。

しかし、従来のタブ線のベースメタルにはＣｕが用いられることで、以下のような問題があった。（１）原材料費が高い。（２）剛性率が高く任意の線形へ加工し難い。（３）任意の線形へと加工する際に、その手法が限定され、複数の加工手順を踏む必要があり、加工費が高くなる。

そこで、タブ線のベースメタルにＡｌを使用することで、以下のような利点が挙げられる。（１）Ｃｕよりも安価なＡｌを使用することで原材料費を抑えることができる。（２）原反が安価なＡｌ材を使用することで、Ａｌの断面積を増加させてもコスト増加をＣｕよりも抑制でき、太陽電池モジュールの出力を改善できる。（３）Ａｌの剛性率はＣｕよりも低い（約半分程度）ことから、押し出し加工が可能になり、任意の形状へと加工しやすい。（４）上記加工方法から、加工工数を減少することが可能になり、加工費を削減することができる。（５）上記加工方法を取ることで、押し出し加工の型交換のみでインターコネクタ、横タブ、出力タブの母材を一貫して使用できる。すなわち、インターコネクタ、横タブ及び出力タブを共通の母材から製造できる。なお、ここでの“Ａｌ”とはアルミニウムやその合金を表すものであり、純アルミニウムを指すものではない。

Ｃｕと比較して比重の小さいＡｌをタブ線のベースメタルに使用することで、タブ線の断面積を同じとした場合に軽量化を図ることができる。

Ｃｕと比較して原材料費が低いＡｌをタブ線のベースメタルに使用することで、同じコストでタブ断面積を大きくすることができ、タブ線での抵抗損を改善する効果が得られる。また、Ｃｕと比較してＡｌの剛性率が低いため、押し出し加工が容易である。これにより、タブ線を任意の形状に形成できるとともに、加工工数減によるリードタイム圧縮や加工費の減少及び工数減によるタブ線の高い信頼性を確保できる。これにより、タブ線の疲労強度の低下を防止して長期信頼性を向上させることが可能となり、太陽電池モジュールの歩留まりの向上につながる。

また、銅鉱石の主要な輸入元であるチリに比べ、アルミニウムの原料となるボーキサイトの主要な輸入元であるオーストラリアやインドネシアは日本に近いため、Ａｌをタブ線のベースメタルに使用することで、原材料の輸送時の環境負荷を低減できる。

本実施の形態にかかる太陽電池モジュールは、加工性に優れたタブ線を有し、低コストで製造可能である。

本発明にかかる太陽電池モジュールは、太陽電池セルの使用枚数が多く、タブ線の使用本数が多くなる場合に適している。

１太陽電池セル、２Ａｌ電極、３裏面Ａｇ電極、４インターコネクタ、４ａ一端側領域、４ｂ他端側領域、５ストリング、６ヒートツール、８太陽電池アレイ、９横タブ、１０出力タブ、１１太陽電池モジュール、１２表封止材、１３表面カバー材、１４裏封止材、１５バックフィルム、１６フレーム、２０はんだコーティング、２１ベースメタル。

Claims

複数の太陽電池セルと、該太陽電池セル同士を接続するインターコネクタとを有し、複数の前記太陽電池セルを前記インターコネクタで直列に接続した複数のストリングと、
並列に配置された複数の前記ストリングと、該複数のストリングを直列に接続する横タブとを有する太陽電池アレイと、
前記太陽電池アレイにおいて集電された電力を該太陽電池アレイから出力を取り出す出力タブと、を備え、
前記インターコネクタ、前記横タブ及び前記出力タブの少なくともいずれかは、アルミニウムを原材料として形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記インターコネクタ、前記横タブ及び前記出力タブは、上面が非平坦であ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。
前記インターコネクタ、前記横タブ及び前記出力タブのうち、アルミニウムを原材料として形成されたものは押し出し成型品であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。