JP2014127553A - 太陽電池及び太陽電池の製造方法 - 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】第１の方向Ｘに延在して第１の方向Ｘに交差する第２の方向Ｙに交互に設けられるｎ電極１１及びｐ電極１２を受光面と反対側の裏面に有した太陽電池セルと、第２の方向Ｙに延在して第１の方向Ｘに交互に設けられるｐ電極用配線２２１及びｎ電極用配線２２２を有した配線基板と、を備え、第２の方向Ｙに沿ってｎ電極１１の一部分が導電性材によってｎ電極用配線２２２に電気的に接続され、第２方向Ｙに隣接する該導電性材の間に位置するｐ電極１２の一部分が絶縁性材によってｎ電極用配線２２２と絶縁され、第２の方向Ｙに沿ってｐ電極１２の一部分が導電性材によってｐ電極用配線２２１に電気的に接続され、第２方向Ｙに隣接する導電性材の間に位置するｎ電極１１の一部分が絶縁性材によってｐ電極用配線２２１と絶縁される太陽電池。
【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ｎ電極及びｐ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ｎ電極の一部分が導電性材によって前記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導電性材の間に位置する前記ｐ電極の一部分が絶縁性材によって前記ｎ電極用配線と絶縁され、
前記第２の方向に沿って前記ｐ電極の一部分が導電性材によって前記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導電性材の間に位置する前記ｎ電極の一部分が絶縁性材によって前記ｐ電極用配線と絶縁される、
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ｎ電極及び前記ｐ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ｎ電極及び前記ｐ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、
前記孔部に前記導電性材が設けられる構成としてもよい。

また、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。

更に、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ｎ電極及びｐ電極を受光面と反対側の裏面に有した太陽電池セルに対して、
前記ｎ電極及び前記ｐ電極に沿って間隔を空けて設けられた孔部を有し、前記第２の方向に隣接する前記ｎ電極及び前記ｐ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る絶縁性材を裏面側に設ける第１の工程と、
前記設けられた絶縁性材の前記孔部に導電性材を設ける第２の工程と、
前記絶縁性材及び前記導電性材を設けられた前記太陽電池セルを、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に接合させる第３の工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法としている。

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。

本発明の一実施形態に係る配線基板付き太陽電池セルの概略分解斜視図である。 本発明の一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。 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。 本発明の一実施形態に係る配線基板を表面側から見た図である。 本発明の一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。 本発明の一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。 本発明の一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。 比較例としての太陽電池セルを受光面側から見た図である。 比較例としての配線基板を受光面側から見た図である。 比較例としての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。 図８ＡにおけるＣ−Ｃ断面図である。 比較例としての太陽電池セルを受光面側から見た図である。 比較例としての配線基板を受光面側から見た図である。 本発明の一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。

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。本発明の一実施形態に係る配線基板付き太陽電池セルの概略分解斜視図を図１に示す。

図１に示す配線基板付き太陽電池セル１００は、太陽電池セル１と、配線基板２と、を備えている。図１に示す構成では、複数の太陽電池セル１（図１の例では３つ）が配線基板２に載置される構成となっている。なお、単数の太陽電池セルが配線基板に載置されて配線基板付き太陽電池セルを構成してもよい。また、一列に限らず複数列の太陽電池セルを配線板に載置する構成を採ってもよい。

太陽電池セル１は、受光面と反対側の裏面側に帯状のｎ電極１１及びｐ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。ｎ電極１１及びｐ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。

配線基板２は、絶縁性基材２１と、絶縁性基材２１上に設けられた配線パターン２２を備えている。絶縁性基材２１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２２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２２は、ｐ電極用配線２２１と、ｎ電極用配線２２２と、接続配線２２３を備えている。ｐ電極用配線２２１及びｎ電極用配線２２２は、複数の各太陽電池セル１が載置される各セル配置領域ごとにそれぞれ複数形成される。ｐ電極用配線２２１及びｎ電極用配線２２２は、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に交互に配列される。

Ｙ方向に隣接するセル配置領域の一方の領域におけるｎ電極用配線２２２と、他方の領域におけるｐ電極用配線２２１とは、Ｘ方向に延在する接続配線２２３によって接続される。

太陽電池セル１の裏面側には不図示の絶縁樹脂（ダム樹脂）が設けられており、絶縁樹脂においてｎ電極１１とｎ電極用配線２２２、ｐ電極１２とｐ電極用配線２２１を電気的接続する箇所に導電性材（不図示）が塗布される。その塗布された状態で、太陽電池セル１が配線基板２に対して絶縁樹脂を介して接合される。なお、絶縁樹脂と導電性材の構成の詳細については後述する。

これにより、各セル配置領域において、ｎ電極１１とｎ電極用配線２２２、ｐ電極１２とｐ電極用配線２２１がそれぞれ電気的接続され、各太陽電池セル１が直列に接続される。

ここで、太陽電池セル１の受光面側から見た図を図２に示し、図２の右方は左方に対して絶縁樹脂及び導電性材を太陽電池セル１の裏面側に設けた状態を示す。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ｎ電極１１及びｐ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３（ダム樹脂）が設けられる。絶縁樹脂３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３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３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３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３は、ｎ電極１１及びｐ電極１２に沿って間隔を空けて設けられた孔部３１を有している。Ｙ方向に隣接するｎ電極１１及びｐ電極１２の一方の電極に沿って隣接する二つの孔部３１の間に、他方の電極に沿って設けられる一つの孔部３１が配置される。即ち、孔部３１は、全体として千鳥状に配置される。

絶縁樹脂３が太陽電池セル１の裏面に設けられた後、孔部３１に導電性材４が塗布され、導電性材４とｎ電極１１及びｐ電極１２が電気的接続される。導電性材４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３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。

ここで、配線基板２の表面側から見た図を図４に示す。図４に示すように配線基板２は、Ｙ方向に延在してＸ方向に交互に配列されるｐ電極用配線２２１及びｎ電極用配線２２２を備えている。このような配線基板２上に、上記のように導電性材４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。絶縁樹脂３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３を加熱することにより絶縁樹脂３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３は再度軟化することなく状態が安定する。

図５に示すように、ｎ電極１１に沿って間隔を空けて配列された導電性材４はｎ電極用配線２２２に電気的接続され、ｐ電極１２に沿って間隔を空けて配列された導電性材４はｐ電極用配線２２１に電気的接続される。

ｎ電極１１に対応したＹ方向に隣接する導電性材４の間に位置するｐ電極１２の一部分は絶縁樹脂３により覆われるので、ｐ電極１２とｎ電極用配線２２２が電気的接続されることを防ぎ、ｐ電極１２とｎ電極１１がショートすることを防止する。

同様に、ｐ電極１２に対応したＹ方向に隣接する導電性材４の間に位置するｎ電極１１の一部分は絶縁樹脂３により覆われるので、ｎ電極１１とｐ電極用配線２２１が電気的接続されることを防ぎ、ｎ電極１１とｐ電極１２がショートすることを防止する。

本実施形態の効果について説明すると、図２に示した太陽電池セル１と同じ電極配置の太陽電池セル１に対して図２よりも孔部３１及び導電性材４のＸ方向のピッチを大きくしたものを図６に示す。図６のように太陽電池セル１の電極ピッチに依らず、孔部３１及び導電性材４のＸ方向のピッチを大きく設計することもできるので、図７に示すように配線基板２側のｐ電極用配線２２１及びｎ電極用配線２２２の電極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２の接合技術の精度緩和が可能となる。また、配線基板２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２を高精細に製造する技術が不要となる。

ここで、本実施形態との比較例としての太陽電池セルの構成を図８Ａ、配線基板の構成を図８Ｂに示す。また、図８ＡにおけるＣ−Ｃ断面図を図９に示す。

図８Ａ及び図９に示す太陽電池セル１０は裏面電極型太陽電池セルであり、基板１０４と、基板１０４の受光面側に設けられた反射防止膜１０３と、基板１０４の裏面側に設けられたｐ電極１０１及びｎ電極１０２を備えている。

そして、交互に配列されたｐ電極１０１とｎ電極１０２間の各隙間を埋めるように太陽電池セル１の裏面側を覆う絶縁樹脂３０（ダム樹脂）が設けられる。その絶縁樹脂３０の隙間のｐ電極１０１及びｎ電極１０２が位置する箇所に導電性材４０が塗布され、導電性材４０と電極が電気的接続される。導電性材４０は電極に沿って延在する。

また、図８Ｂに示す配線基板２０は、交互に配列されるｐ電極用配線２０１及びｎ電極用配線２０２を備えている。配線基板２０に太陽電池セル１０を載置して接合した状態を図８Ｃに示す。

図８Ｃに示すように、太陽電池セル１０の電極と配線基板２０の配線は平行として太陽電池セル１０と配線基板２０は接合され、ｐ電極１０１に対応する導電性材４０がｐ電極用配線２０１に電気的接続され、ｎ電極１０２に対応する導電性材４０がｎ電極用配線２０２に電気的接続される。

ここで、太陽電池セルの電極ピッチを狭める（高精細化）ことにより、セルの出力は向上するとされており、図８Ａの太陽電池セル１０に比して電極ピッチを狭めたものを図１０Ａに示す。そして、図１０Ａに示す太陽電池セル１０に対応した配線基板２０の構成を図１０Ｂに示す。

太陽電池セル１０の電極ピッチを狭める場合、図１０Ｂに示すように、配線基板２０の配線ピッチ及び配線幅を狭める必要がある。これにより、太陽電池セル１０と配線基板２０の接合技術の精度向上が必要となる。また、配線基板２０の配線の電気抵抗が大きくなり、出力ロスが増加する。更には、配線基板２０を高精細に製造する技術が必要となる。

本実施形態では、このような比較例での問題点を全て解決することが可能となり、特性を向上させることができる。

次に、配線基板付き太陽電池セル１００を備えた本実施形態に係る太陽電池モジュールの構成について図１１を用いて説明する。

図１１に示す本実施形態に係る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 ｎ電極
１２ ｐ電極
１３ 反射防止膜
１４ 基板
２ 配線基板
２１ 絶縁性基材
２２ 配線パターン
２２１ ｐ電極用配線
２２２ ｎ電極用配線
２２３ 接続配線
３ 絶縁樹脂
３１ 孔部
４ 導電性材
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ｎ電極及びｐ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ｎ電極の一部分が導電性材によって前記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導電性材の間に位置する前記ｐ電極の一部分が絶縁性材によって前記ｎ電極用配線と絶縁され、
   前記第２の方向に沿って前記ｐ電極の一部分が導電性材によって前記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導電性材の間に位置する前記ｎ電極の一部分が絶縁性材によって前記ｐ電極用配線と絶縁される、
   ことを特徴とする太陽電池。
2. 前記ｎ電極及び前記ｐ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ｎ電極及び前記ｐ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、
   前記孔部に前記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１又は請求項２に記載の太陽電池。
4. 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請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池。
5. 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ｎ電極及びｐ電極を受光面と反対側の裏面に有した太陽電池セルに対して、
   前記ｎ電極及び前記ｐ電極に沿って間隔を空けて設けられた孔部を有し、前記第２の方向に隣接する前記ｎ電極及び前記ｐ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る絶縁性材を裏面側に設ける第１の工程と、
   前記設けられた絶縁性材の前記孔部に導電性材を設ける第２の工程と、
   前記絶縁性材及び前記導電性材を設けられた前記太陽電池セルを、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に接合させる第３の工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。

Images