JP2014127551A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】特性向上が可能となる太陽電池を提供する。
【解決手段】裏面電極型太陽電池において、第１の方向Ｘに交差する第２の方向Ｙに沿ってｐ電極１１の一部分がｐ電極用配線４２に電気的接続され、第２の方向Ｙに隣接する接続箇所の間に位置するｎ電極１２の一部分がｐ電極用配線４２と絶縁され、第２の方向Ｙに沿ってｎ電極１２の一部分がｎ電極用配線４３に電気的接続され、第２の方向Ｙに隣接する接続箇所の間に位置するｐ電極１１の一部分がｎ電極用配線４３と絶縁され、ｐ電極用配線４２及びｎ電極用配線４３の少なくともいずれかは、配線に流れる電流が大きくなる程、配線幅が大きくなるように変化する形状としている。
【選択図】図５

Description

本発明は、太陽電池に関する。

昨今、再生可能エネルギーとして太陽光エネルギーを用いた発電に注目が集まっている。ここで従来、裏面にｐ電極及びｎ電極を備えた所謂、裏面電極型太陽電池セルが存在する。

そして、例えば特許文献１〜３には、裏面電極型太陽電池セルと配線基板を組み合わせた従来の各種構成が開示されている。

特開２０１２−１１９４５８号公報 特開２０１１−８２４３１号公報 特開２０１１−３８５４号公報

現状、裏面電極型太陽電池セルと配線基板を組み合わせた構成において、より一層の特性向上が求められている。

そこで、本発明は、特性向上が可能となる太陽電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
第１の方向に延在して前記第１の方向に交差する第２の方向に交互に設けられるｐ電極及びｎ電極を受光面と反対側の裏面に有した太陽電池セルと、
前記第２の方向に延在して前記第１の方向に交互に設けられるｐ電極用配線及びｎ電極用配線を有した配線基板と、を備え、
前記第２の方向に沿って前記ｐ電極の一部分が前記ｐ電極用配線に電気的接続され、前記第２の方向に隣接する該接続箇所の間に位置する前記ｎ電極の一部分が前記ｐ電極用配線と絶縁され、
前記第２の方向に沿って前記ｎ電極の一部分が前記ｎ電極用配線に電気的接続され、前記第２の方向に隣接する該接続箇所の間に位置する前記ｐ電極の一部分が前記ｎ電極用配線と絶縁され、
前記ｐ電極用配線及び前記ｎ電極用配線の少なくともいずれかは、配線に流れる電流が大きくなる程、配線幅が大きくなるように変化する形状である、
ことを特徴とする太陽電池としている。

また、上記構成において、前記ｐ電極及び前記ｎ電極に沿って間隔を空けて設けられた孔部を有した絶縁性材を前記太陽電池セルと前記配線基板の間に備え、
前記第２の方向に隣接する前記ｐ電極及び前記ｎ電極の一方の電極に沿って隣接する二つの前記孔部の間に、他方の電極に沿って設けられる一つの前記孔部が配置され、
前記孔部に導電性材が設けられる構成としてもよい。

また、上記いずれかの構成において、前記ｐ電極用配線及び前記ｎ電極用配線の少なくともいずれかは、台形形状である構成としてもよい。

また、上記いずれかの構成において、前記ｐ電極用配線及び前記ｎ電極用配線の少なくともいずれかは、階段形状である構成としてもよい。

また、上記いずれかの構成において、前記絶縁性材は、第１の硬化状態となった後、第２の硬化状態となることが可能な絶縁樹脂である構成としてもよい。

また、本発明は、上記いずれかの構成において、前記太陽電池セル及び前記配線基板が封止材で封止されたことを特徴とする太陽電池としている。

なお、ここで「太陽電池」とは、太陽電池セルと配線基板とを接合した状態（配線基板付き太陽電池セル）も、この状態の配線基板付き太陽電池セルを封止材で封止した状態（太陽電池モジュール）も含む概念を表す。

本発明の太陽電池によれば、特性向上が可能となる。

本発明の第１実施形態に係る太陽電池セルを受光面側から見た図である。 本発明の第１実施形態に係る絶縁樹脂を設けた太陽電池セルを受光面側から見た図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態に係る配線基板を表面側から見た図である。 本発明の第１実施形態に係る配線基板付き太陽電池セルを受光面側から見た図である。 本発明の第２実施形態に係る配線基板を表面側から見た図である。 本発明の第２実施形態に係る配線基板付き太陽電池セルを受光面側から見た図である。 本発明の実施形態に係るシミュレーション結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの概略斜視図である。

＜第１実施形態＞
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る太陽電池セルの受光面側から見た図を図１に示す。

図１に示す太陽電池セル１は、受光面と反対側である裏面側に帯状のｐ電極１１及びｎ電極１２をそれぞれ複数備えている裏面電極型太陽電池セルである。

ｐ電極１１及びｎ電極１２はＸ方向（第１の方向）に延在し、Ｘ方向と交差するＹ方向（第２の方向）に交互に配列される。なお、ここではＸ方向とＹ方向は直交するとして説明する。このように受光面と反対側の裏面に電極を備えているので、受光面の電極による光入射損失が生じない。

このような太陽電池セル１の裏面側に絶縁樹脂及び導電性材を設ける。その絶縁樹脂及び導電性材を裏面側に設けた状態の太陽電池セル１を受光面側から見た図を図２に示す。また、図２におけるＡ−Ａ断面図を図３Ａに、Ｂ−Ｂ断面図を図３Ｂに示す。

太陽電池セル１は、基板１４と、基板１４の受光面に形成されたテクスチャ構造上に形成された反射防止膜１３と、基板１４の裏面に形成されたｐ電極１１及びｎ電極１２を備えている。基板１４としては、例えば多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどからなるシリコン基板を用いることができる。

太陽電池セル１の裏面側を覆うように絶縁樹脂２（ダム樹脂）が設けられる。絶縁樹脂２を設ける方法としては、例えばスクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法を挙げることができる。特には、簡易に、低コストで、且つ短時間で絶縁樹脂２を設けることができるスクリーン印刷を用いることが望ましい。

絶縁樹脂２としては、Ｂステージ化可能な樹脂を用いることが望ましい。Ｂステージ化可能な樹脂とは、液体状態の未硬化の樹脂を加熱したときに、粘度が上昇して第１の硬化状態となった後に粘度が低下して軟化し、その後に再度粘度が上昇して第２の硬化状態となるものである。上記第１の硬化状態がＢステージと呼ばれる。絶縁樹脂２は、未硬化の状態で太陽電池セル１の裏面に設けられた後、加熱することによりＢステージ（第１の硬化状態）のシート状となる。

絶縁樹脂２は、ｐ電極１１及びｎ電極１２に沿って間隔を空けて設けられた孔部２１を有している。Ｙ方向に隣接するｐ電極１１及びｎ電極１２の一方の電極に沿って隣接する二つの孔部２１の間に、他方の電極に沿って設けられる一つの孔部２１が配置される。即ち、孔部２１は、全体として千鳥状に配置される。

絶縁樹脂２が太陽電池セル１の裏面に設けられた後、孔部２１に導電性材３が塗布され、導電性材３とｐ電極１１及びｎ電極１２が電気的接続される。導電性材３としては、例えば半田、又は半田樹脂を用いることができる。

半田樹脂とは、半田材料の粒子（半田粒子）を絶縁性樹脂に分散させた状態から、加熱することにより、絶縁性樹脂が軟化して半田粒子が凝集し、その後に絶縁性樹脂が硬化するものである。半田樹脂に用いる絶縁性樹脂としては、熱硬化樹脂を用いることが好ましく、後述の絶縁樹脂２としてＢステージ化可能な樹脂を用いる場合に、第２の硬化状態とするための加熱により、架橋反応により熱硬化することが好ましい。

次に、太陽電池セル１を載置するための配線基板を表面側から見た図を図４に示す。

図４に示す配線基板４は、絶縁性基材４１と、絶縁性基材４１上に設けられた配線パターンを備えている。絶縁性基材４１としては、例えばポリエステル、ポリエチレンナフタレートまたはポリイミドなどの樹脂からなる基板を用いることができる。配線パターンは、例えば銅箔、又はスズメッキされたアルミ箔により形成される。

配線パターンは、ｐ電極用配線４２と、ｎ電極用配線４３とを備えている。複数形成されるｐ電極用配線４２及びｎ電極用配線４３は、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に交互に配列される。

ｐ電極用配線４２は、Ｙ方向下側へ向かうほど配線幅が小さくなるような台形形状で形成される。また、ｎ電極用配線４３は、Ｙ方向上側へ向かうほど配線幅が小さくなるような台形形状で形成される。

このような配線基板４上に、上記のように導電性材３を塗布した状態の太陽電池セル１を載置して接合した状態を図５に示す。図５に示す状態で配線基板付き太陽電池セルが構成される。なお、図５において、配線基板４における太陽電池セル１により隠れる部分についても便宜上実線で示している（後述する図７についても同様）。

絶縁樹脂２としてＢステージ化可能な樹脂を用いる場合は、Ｂステージの絶縁樹脂２を加熱することにより絶縁樹脂２が一旦粘度が低下した後、上記第２の硬化状態となることで、接合が行われる。第２の硬化状態は樹脂の架橋反応による硬化であるため、第２の硬化状態の絶縁樹脂２は再度軟化することなく状態が安定する。

なお、導電性材を設けずに絶縁樹脂のみで太陽電池セルを配線基板に接合する構成も、絶縁樹脂を設けずに導電性材のみで太陽電池セルを配線基板に接合する構成を採ることも可能である。

図５に示すように、太陽電池セル１のｐ電極１１に沿って間隔を空けて配列された導電性材３はｐ電極用配線４２に電気的接続され、ｎ電極１２に沿って間隔を空けて配列された導電性材３はｎ電極用配線４３に電気的接続される。

ｐ電極１１に対応したＹ方向に隣接する導電性材３の間に位置するｎ電極１２の一部分は絶縁樹脂２により覆われるので、ｎ電極１２とｐ電極用配線４２が電気的接続されることを防ぎ、ｎ電極１２とｐ電極１１がショートすることを防止する。

同様に、ｎ電極１２に対応したＹ方向に隣接する導電性材３の間に位置するｐ電極１１の一部分は絶縁樹脂２により覆われるので、ｐ電極１１とｎ電極用配線４３が電気的接続されることを防ぎ、ｐ電極１１とｎ電極１２がショートすることを防止する。

なお、配線基板４には単体の太陽電池セル１のみが載置されるようにしてもよいが、複数の太陽電池セル１を載置するようにしてもよい。この場合、図４で示す配線パターンと同様の配線パターンを配線基板４においてＹ方向に配列し、各配線パターンに各太陽電池セル１を載置すれば、各太陽電池セル１を直列に接続することができる。

図５のＹ方向下側から上側へ向かってｎ電極用配線４３を流れる電流は、ｎ電極１２に対応する導電性材３内にＹ方向下側から順次引き抜かれながら流れるので、Ｙ方向上側へ向かうほどｎ電極用配線４３を流れる電流は小さくなる。ここで、Ｙ方向下側へ向かうほど、即ちｎ電極用配線４３を流れる電流が大きくなるほど、ｎ電極用配線４３の配線幅は台形形状によって大きくしている。従って、電流が大きい箇所では配線抵抗を小さくしているので、全体の配線ロスを低減することができる。

また、図５のＹ方向下側から上側へ向かってｐ電極用配線４２を流れる電流は、ｐ電極１１に対応する導電性材３から流れ込む電流がＹ方向下側から順次足し合されつつ流れるので、Ｙ方向上側へ向かうほどｐ電極用配線４２を流れる電流は大きくなる。ここで、Ｙ方向上側へ向かうほど、即ちｐ電極用配線４２を流れる電流が大きくなるほど、ｐ電極用配線４２の配線幅は台形形状によって大きくしている。従って、電流が大きい箇所では配線抵抗を小さくしているので、全体の配線ロスを低減することができる。

更に、本実施形態であれば、太陽電池セル１の電極ピッチに依らず、孔部２１及び導電性材３のＸ方向のピッチを大きく設計することもできる。従って、配線基板４側のｐ電極用配線及びｎ電極用配線のピッチをほぼ変更しないで配線幅を広くすることができる。

これにより、太陽電池セル１と配線基板４の接合技術の精度緩和が可能となる。また、配線基板４の配線の電気抵抗を小さくすることができ、出力ロスを低減できる。更には、配線基板４を高精細に製造する技術が不要となる。

以上のように、本実施形態であれば、特性の向上が可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る配線基板を表面側から見た図を図６に示す。

図６に示す配線基板４０は、絶縁性基材４０１と、絶縁性基材４０１上に形成される配線パターンを備えている。

配線パターンは、ｐ電極用配線４０２と、ｎ電極用配線４０３とを備えている。複数形成されるｐ電極用配線４０２及びｎ電極用配線４０３は、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に交互に配列される。

ｐ電極用配線４０２は、Ｙ方向下側へ向かうほど配線幅が小さくなるような階段形状で形成される。また、ｎ電極用配線４０３は、Ｙ方向上側へ向かうほど配線幅が小さくなるような階段形状で形成される。

このような配線基板４０上に、第１実施形態に係る導電性材３を塗布した状態の太陽電池セル１を載置して接合した状態を図７に示す。図７に示す状態で配線基板付き太陽電池セルが構成される。

図７に示すように、太陽電池セル１のｐ電極１１に沿って間隔を空けて配列された導電性材３はｐ電極用配線４０２に電気的接続され、ｎ電極１２に沿って間隔を空けて配列された導電性材３はｎ電極用配線４０３に電気的接続される。

Ｙ方向に配列される各ｐ電極１１に対応する各導電性材３は、階段形状のｐ電極用配線４０２を構成する矩形状の各段部に一対一で電気的接続される。また、Ｙ方向に配列される各ｎ電極１２に対応する各導電性材３は、階段形状のｎ電極用配線４０３を構成する矩形状の各段部に一対一で電気的接続される。

図７のＹ方向下側から上側へ向かってｎ電極用配線４０３を流れる電流は、ｎ電極１２に対応する導電性材３内へＹ方向下側から順次引き抜かれながら流れるので、Ｙ方向上側へ向かうほどｎ電極用配線４０３を流れる電流はステップ的に小さくなる。ここで、Ｙ方向下側へ向かうほど、即ちｎ電極用配線４０３を流れる電流がステップ的に大きくなるほど、ｎ電極用配線４０３の配線幅を段階的に大きくしている。従って、電流が大きい箇所では配線抵抗を小さくしているので、全体の配線ロスを低減することができる。

また、図７のＹ方向下側から上側へ向かってｐ電極用配線４０２を流れる電流は、ｐ電極１１に対応する導電性材３から流れ込む電流がＹ方向下側から順次足し合されつつ流れるので、Ｙ方向上側へ向かうほどｐ電極用配線４０２を流れる電流はステップ的に大きくなる。ここで、Ｙ方向上側へ向かうほど、即ちｐ電極用配線４０２を流れる電流がステップ的に大きくなるほど、ｐ電極用配線４０２の配線幅を段階的に大きくしている。従って、電流が大きい箇所では配線抵抗を小さくしているので、全体の配線ロスを低減することができる。

ここで、第１実施形態の台形形状の配線、第２実施形態の階段形状の配線、及び比較例としての矩形形状（即ち、配線幅は一定）の配線を用いた場合の配線ロスを求めるシミュレーションを行った。本シミュレーション結果の一例を図８のグラフに示す。

本シミュレーションでは、階段形状の配線の場合、配線の各段部ごとに抵抗値を算出した。抵抗値は、配線の抵抗率×配線長さ／配線断面積（即ち配線幅×配線厚み）により算出される。そして、各段部ごとに流れる電流が徐々に減少又は増加するとして、電流値と抵抗値の乗算により各段部のロス量を算出した。そして、算出された各段部のロス量の総和を最大出力動作電圧により除算したものを配線ロス率として算出した。また、台形形状及び矩形形状の配線の場合は、階段形状の配線の各段部の長さと同様の長さで配線を分割して配線ロス率の算出を行った。

本シミュレーションでは、第１実施形態の台形形状の配線の最小配線幅（図４のｗ１）、及び第２実施形態の階段形状の配線の最小配線幅（図６のｗ２）を変化させつつ配線ロス率を算出した。なお、矩形形状の配線については配線幅を固定として配線ロス率を算出した。図８において、階段形状（第２実施形態）の場合を実線で、台形形状（第１実施形態）の場合を破線で、矩形形状の場合を一点鎖線で示す。

図８に示すように、矩形形状の場合に比べて、第１実施形態及び第２実施形態の場合はいずれも配線ロス率を大きく低減させることができる。

また、第１実施形態（破線）と第２実施形態（実線）とを比較すると、階段形状の配線を用いる第２実施形態のほうが、同じ配線ロス率を達成するために必要な最小配線幅を大きくできる（図８における実線の曲線は破線の曲線に比べて右方向へシフトしている）。

従って、第２実施形態では、配線基板に対して太陽電池セルを接合する際の精度を第１実施形態よりも必要としないという効果を享受できる。

＜太陽電池モジュールについて＞
次に、以上説明した配線基板付き太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールの構成について図９を用いて説明する。

図９に示す太陽電池モジュール１５０は、配線基板付き太陽電池セル１００と、配線基板付き太陽電池セル１００を内部に封止する封止材１１５と、封止材１１５の受光面側を覆う透明基板１１０と、封止材１１５の裏面側を覆うバックシート（裏面保護部材）１２０と、バックシート１２０表面に配置される端子ボックス１２５を備えている。

封止材１１５は、例えば太陽光に対して透明な樹脂などを用いて形成されており、例えばエチレンビニルアセテートなどの樹脂により形成されてもよい。

透明基板１１０は、例えば太陽光に対して透明なＰＣ（ポリカーボネート樹脂）やガラス基板などを用いて形成される。バックシート１２０は、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート）などの防湿層を含む３層構造のものが望ましい。

配線基板付き太陽電池セル１００における正極側及び負極側の各出力端（不図示）には、それぞれ出力リード（不図示）が電気的に接続され、当該出力リードはバックシート１２０に設けられた開口部（不図示）から外部に導出される。端子ボックス１２５は、その内部に、上記出力リードの一端が電気的に接続される端子板（不図示）を有している。そして、当該端子板に一端が電気的に接続された正極側ケーブル１２６及び負極側ケーブル１２７が端子ボックス１２５より外部へ導出されている。正極側ケーブル１２６及び負極側ケーブル１２７の一端にはそれぞれコネクタ１２８及び１２９が設けられ、コネクタ１２８及び１２９は他の太陽電池モジュールのコネクタに接続される。これにより、上記出力リードから取り出される電力が正極側ケーブル１２６及び負極側ケーブル１２７を介して外部に伝達される。

以上本発明の一実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々変形が可能である。

例えば、上記の図６に示す階段形状の配線を構成する各段部は矩形状となっているが、これを台形状としてもよい。このようなものも階段形状の配線に含まれる。

また例えば、上記実施形態では太陽電池セル側に絶縁樹脂を設けてから配線基板に接合する形態であったが、配線基板側に絶縁樹脂を設けてから太陽電池セルを接合する形態も可能である。

１、太陽電池セル
１１ ｐ電極
１２ ｎ電極
１３ 反射防止膜
１４ 基板
２ 絶縁樹脂
２１ 孔部
３ 導電性材
４ 配線基板
４１ 絶縁性基材
４２ ｐ電極用配線
４３ ｎ電極用配線
４０ 配線基板
４０１ 絶縁性基材
４０２ ｐ電極用配線
４０３ ｎ電極用配線
１００ 配線基板付き太陽電池セル
１１０ 透明基板
１１５ 封止材
１２０ バックシート
１２５ 端子ボックス
１２６ 正極側ケーブル
１２７ 負極側ケーブル
１２８ コネクタ
１２９ コネクタ
１５０ 太陽電池モジュール

Claims (5)

1. 第１の方向に延在して前記第１の方向に交差する第２の方向に交互に設けられるｐ電極及びｎ電極を受光面と反対側の裏面に有した太陽電池セルと、
   前記第２の方向に延在して前記第１の方向に交互に設けられるｐ電極用配線及びｎ電極用配線を有した配線基板と、を備え、
   前記第２の方向に沿って前記ｐ電極の一部分が前記ｐ電極用配線に電気的接続され、前記第２の方向に隣接する該接続箇所の間に位置する前記ｎ電極の一部分が前記ｐ電極用配線と絶縁され、
   前記第２の方向に沿って前記ｎ電極の一部分が前記ｎ電極用配線に電気的接続され、前記第２の方向に隣接する該接続箇所の間に位置する前記ｐ電極の一部分が前記ｎ電極用配線と絶縁され、
   前記ｐ電極用配線及び前記ｎ電極用配線の少なくともいずれかは、配線に流れる電流が大きくなる程、配線幅が大きくなるように変化する形状である、
   ことを特徴とする太陽電池。
2. 前記ｐ電極及び前記ｎ電極に沿って間隔を空けて設けられた孔部を有した絶縁性材を前記太陽電池セルと前記配線基板の間に備え、
   前記第２の方向に隣接する前記ｐ電極及び前記ｎ電極の一方の電極に沿って隣接する二つの前記孔部の間に、他方の電極に沿って設けられる一つの前記孔部が配置され、
   前記孔部に導電性材が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記ｐ電極用配線及び前記ｎ電極用配線の少なくともいずれかは、台形形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池。
4. 前記ｐ電極用配線及び前記ｎ電極用配線の少なくともいずれかは、階段形状であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池。
5. 前記絶縁性材は、第１の硬化状態となった後、第２の硬化状態となることが可能な絶縁樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。

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