JP2014165504A - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は 隣接する太陽電池をインターコネクタによって互いに電気的に接続した太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュールは、基板と、基板の後面に位置し、第１方向に沿って第１間隔で離隔された複数の島（island）型後面電極用集電部と後面電極用集電部を露出する開口部を含み、基板の後面全体を覆うシート（sheet）状の後面電極を備えた後面電極部を含む太陽電池と隣接した太陽電池を電気的に接続するインターコネクタ、及びインターコネクタを太陽電池に接合する導電性接着フィルムを含み、後面電極用集電部と後面電極は、互いに異なる金属物質から形成され、導電性接着フィルムは、後面電極用集電部と接触する第１部分と後面電極と接触する第２部分を第１方向に沿って交互に備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、隣接する太陽電池をインターコネクタによって互いに電気的に接続した太陽電池モジュールに関する。
光電変換効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電は、クリーンエネルギーを得るための手段として広く利用されている。そして、太陽電池の光電変換効率の向上に伴って、個人住宅でも、複数の太陽電池モジュールを利用する太陽光発電システムが設置されている。
太陽電池モジュールにおいて、太陽電池によって発電された電力を外部に出力するためには、太陽電池の陽極と陰極に接続された導電体、例えば、インターコネクタをリード線で接続して、太陽電池モジュールの外部に取り出し、前記リード線を端子ボックスに接続して、端子ボックスの電力線を介して電流を取り出す方法が使用される。
本発明の目的は、効率が向上された太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明の太陽電池モジュールは、基板と、基板の後面に位置し、第１方向に沿って第１間隔で離隔された複数の島（island）型後面電極用集電部と後面電極用集電部を露出する開口部を含み、基板の後面全体を覆うシート（sheet）状の後面電極を備える後面電極部を含む太陽電池と隣接した太陽電池を電気的に接続するインターコネクタと、インターコネクタを太陽電池に接合する導電性接着フィルムを含み、後面電極用集電部と後面電極は、互い異なる金属物質から形成され、導電性接着フィルムは、後面電極用集電部と接触する第１部分と後面電極と接触する第２部分を第１方向に沿って交互に備える。
後面電極と後面電極用集電部は、開口部の端部分で互いに重畳し、又は、互いに重畳しない可能性がある。
後面電極は、後面電極用集電部より厚く形成され、又は、薄く形成することができ、後面電極の厚さと後面電極用集電部の厚さの差は、５μｍ〜２５μｍで有り得る。
導電性接着フィルムは、第１部分が第２部分より厚く形成され、又は、薄く形成することができ、第１部分の厚さと第２部分の厚さの差は、５μｍ〜２５μｍで有り得る。
導電性接着フィルムは、第１方向と直交する第２方向に第１部分の少なくとも一方から後面電極と接触する第３部分をさらに含むことが有り得る。
基板の後面には、後面電界部が位置することができ、後面電界部は後面電極が位置する領域にのみ形成されるか、後面電極が位置する領域と開口部が位置する領域に形成することがある。
後面電界部が後面電極の位置する領域にのみ形成される場合、開口部が位置する領域には、後面電界部が形成されない。
導電性接着フィルムは、樹脂と樹脂内に分散された複数の導電性粒子を含み、複数の導電性粒子は、後面電極と後面電極用集電部のいずれかとインターコネクタとそれぞれ直接接触することができる。
太陽電池は、基板の前面（front surface）全体に位置するエミッタ部、エミッタ部と電気的に接続される前面電極部とエミッタ部の上に位置する誘電層をさらに含むことができ、前面電極部は、第１方向と直交する第２方向に長く延長し、下部面全体がエミッタ部と直接接触する複数のフィンガー電極を含む。
前面電極部は、第１方向に延長され、複数のフィンガー電極と接続された前面電極用集電部をさらに含むことができ、前面電極用集電部の下部面全体はエミッタ部と直接接触することができる。
複数の開口部は、複数の後面電極用集電部とそれぞれ対応できる。
後面電極と後面電極用集電部が互いに異なる金属物質から形成される場合、一般的には、焼成工程で基板の後面に後面電界部を形成することができるアルミニウムが後面電極物質として使用され、アルミニウムに比べて導電性に優れた銀（Ａｇ）が後面電極用集電部の物質として使用される。
ところで、従来のＳｎ系のはんだの場合、接合しようとする金属の種類に応じて、接合特性が非常に異なり、アルミニウムで形成された後面電極との接合特性は非常に悪い。
したがって、後面電極と後面電極用集電部が互いに異なる金属物質から形成された場合、はんだは、銀（Ａｇ）で形成された後面電極用集電部には良好に接合される一方で、アルミニウムから形成された後面電極には接合がうまくできない。
したがって、インターコネクタが後面電極用集電部にのみ電気的に接続されるので、電流収集の効率が低下する。
また、後面電極の開口部に位置する後面電極用集電部の厚さが、後面電極の厚さより薄くなって開口部の端部分から後面電極の前面と後面電極用集電部の前面との間に段差が発生する場合、後面電極用集電部の前面とインターコネクタの間のスペースがはんだによって完全に満たされないため、段差が発生した部分でインターコネクタが後面電極用集電部と接触せず、未接合部分が発生し、これにより、電流の収集効率は、さらに低下する。
しかし、導電性接着フィルムは銀から形成された後面電極用集電部はもちろん、アルミニウムから形成された後面電極とも接合が可能である。
また、後面電極の開口部に位置する後面電極用集電部の厚さが、後面電極の厚さより薄くなって開口部の端部分から後面電極の前面と後面電極用集電部の前面との間に段差が発生しても、導電性接着フィルムを用いたタビング(tabbing)工程を行うと、導電性接着フィルムが流動性を有するようになり、これにより、後面電極用集電部の前面とインターコネクタの間のスペースに完全に満たされるので、後面電極用集電部とインターコネクタの未接合部分が発生しない。従って、電流収集の効率が低下することを防止または抑制することができる。
したがって、導電性接着フィルムが接合される領域内で後面電極用集電部が導電性接着フィルムの長さ方向に沿って複数個が位置する島型構造で後面電極用集電部を形成した場合でも、電流の収集効率を効果的に向上させることができ、後面電極用集電部を形成するための金属物質、すなわち、銀の使用量を減らすことができるので、太陽電池モジュールの製造コストを削減することが可能である。
そして、導電性接着フィルムの導電性粒子の一部分が後面電極用集電部と後面電極のいずれかとインターコネクタの内部に没入するようにインターコネクタを後面電極用集電部と後面電極と接合すると、導電性粒子とインターコネクタ及び／または導電性粒子と後面電極用集電部または後面電極の接触面積が増加し、電流伝送効率と信頼性が向上する。
また、導電性接着フィルムの使用によりタビング作業を低温で行うができる。
つまり、はんだ（solder）を用いた従来のタビング作業は、約２２０℃以上の温度で作業が行われるのに対し、導電性接着フィルムを使用するテビン作業は、はんだ付け（soldering）方式がない、ボンディング（bonding）方式であるから、１８０℃以下の温度でタビング作業を行うことができる。
したがって、タビング作業時に発生する基板反り（bowing）現象が従来に比べて大幅に減少する。
例えば、基板の厚さが２００μｍであるとき、ホットエア（hot air）を利用して、フラックスを溶融させる従来のテビン方式によれば、基板反り量が約２．１ｍｍ以上と測定されるが、導電性接着フィルムを利用したテビン方式によれば、基板反り量が約０．５ｍｍ程度と測定される。
ここで、前記反り量は、基板の下部面において、基板の中心部と基板の周辺部での高さの差で表すことができる。
このような基板反り現象は、基板の厚さが薄くなるほど、さらに大きく発生する。例えば、基板の厚さが８０μｍである場合、ホットエア（hot air）を利用して、フラックスを溶融させる従来のタビング方式によれば、基板反り量が約１４ｍｍ以上と測定されるが、導電性接着フィルムを用いたタビング方式によれば、基板反り量が約１．８ｍｍ程度と測定される。
基板反り量が一定の範囲、例えば、２．５ｍｍを超えた場合、以降に実施するラミネート工程で、モジュール内部に基板クラックが発生したり、気泡が発生するなどの問題点があるので、従来のタビング方式を用いる場合には、基板の厚みを薄く形成することが不可能である。
しかし、導電性接着フィルムを用いたタビング方式は、基板反り量を従来に比べて大幅に減少させることができるので、薄い基板を使用することが可能である。
例えば、導電性接着フィルムを用いたタビング方式を使用すると、８０μｍないし１８０μｍの厚さを有する基板を使用することができる。従って、基板の厚さの減少により、材料費を削減することができる効果がある。
また、はんだを用いた従来のタビング方式は、後面電極用集電部とインターコネクタとの界面でクラック（crack）を発生させたりインターコネクタのはんだ内部で複数の物質との間の剥離現象を発生させるなどの問題により、太陽電池モジュールの出力が低下する問題があるが、導電性接着フィルムを用いたタビング方式は、前記した問題点を解決することができる。したがって、太陽電池モジュールの信頼性を長期間維持することができる。
また、はんだを使用しないため、均一な接着性を維持するとともに、ミスアラインメント（miss alignment）を防止することができ、出力減少を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの分解斜視図である。 図１に示した太陽電池モジュールの電気的な接続関係を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの要部分解斜視図である。 後面電極部を示すための基板後面の平面図である。 図３の太陽電池モジュールにおいて基板後面部の組立状態を示す平面図である。 図５の「VI―VI」断面図である。 図５の「VII―VII」断面図である。 図７の変形実施形態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて基板の後面部の組立状態を示す平面図である。 図９の「ＸＩ―ＸＩ」断面図である。 本発明の第３実施形態に係る太陽電池モジュールの要部分解斜視図である。
本発明は、様々な変更を加えることができ、いくつかの実施形態を有り得るところ、特定の実施形態を図面に例示し、詳細な説明に詳細に説明する。これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解することができる。
本発明を説明するに当たり、第１、第２などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用することができるが、前記の構成要素は、前記の用語によって限定されないことがある。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用することができる。
例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなくて、第１構成要素は、第２構成要素と命名されることができ、類似に第２構成要素も第１構成要素として命名することができる。
「及び/または」という用語は、複数の関連する記載項目の組み合わせまたは複数の関連する記載項目のうちのいずれかの項目を含むことができる。
どの構成要素が他の構成要素に「接続され」ているか、または「結合され」ていると言及している場合は、その他の構成要素に直接接続されているか、または結合されている場合もあるが、中に他の構成要素が存在することもあると理解することができる。
反面、どの構成要素が他の構成要素に「直接接続され」であるとか、または「直接結合され」であると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないことと理解することができる。
本出願で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであり、本発明を限定するものではない。単数形の表現は、文脈上明らかに異なりに意味しない限り、複数の表現を含むことができる。
本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴々や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないことと理解することができる。
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。
異なりに定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を持つことができる。
一般的に使用される辞典に定義されているもののような用語は、関連技術の文脈上持つ意味と一致する意味を持つものと解釈されることができ、本出願において明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈されないことがある。
さらに、以下の実施形態は、当業界で平均的な知識を有する者に、より完全に説明するために提供されるものであり、図面での要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
それでは、添付した図面を参考にして本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係る太陽電池モジュールの分解斜視図であり、図２は、図１に示した太陽電池モジュールの電気的な接続関係を示す側面図である。
図面を参照すると、本発明に係る太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１１０、近所に配置された太陽電池１１０を電気的に接続するインターコネクタ１２０、太陽電池１１０を保護する保護膜（ＥＶＡ：Ethylene Vinyl Acetate）１３０、太陽電池１１０の前面（front surface）方に保護膜１３０上に配置される透明部材１４０、及び太陽電池１１０の後面（back surface）方に保護膜１３０の下部に配置される不透明な材質のバックシート（back sheet）１５０を含む。
バックシート１５０は、太陽電池モジュール１００の後面から湿気が侵入することを防止し、太陽電池１１０を外部環境から保護する。このようなバックシート１５０は、水分と酸素の浸透を防止する層、化学的腐食を防止する層、絶縁特性を有する層のような多層構造を有り得る。
保護膜１３０は、太陽電池１１０の上部と下部にそれぞれ配置された状態で、ラミネート工程によって太陽電池１１０と一体化されたもので、湿気の浸透による腐食を防止し、太陽電池１１０を衝撃から保護する。このような保護膜１３０は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ、ethylene vinyl acetate）、シリコン樹脂（silicone resin）のような物質から構成することができる。
保護膜１３０上に位置する透明部材１４０は、透過率が高く、破損防止機能に優れた強化ガラスなどで構成されている。この際、強化ガラスは、鉄成分の含有量が低い低鉄分強化ガラス（low iron tempered glass）で有り得る。このような透明部材１４０は、光の散乱効果を高めるために内側面がエンボス加工（embossing）処理することができる。
以下、本発明の太陽電池モジュールに備えられた太陽電池の電気的接続構造について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、太陽電池１１０との間の間隔を拡大して図示しているが、実質的に太陽電池１１０は、隣接する太陽電池間の所定の間隔、例えば、約３mm以内の狭い間隔を置いて配置される。
太陽電池モジュール１００に備えられた複数の太陽電池１１０は、複数の文字列（string）の形態で配列される。ここで、文字列は、複数の太陽電池が一列に配列された状態で電気的に接続されたものをいう。
それぞれの文字列に配列された複数の太陽電池１１０は、インターコネクタ１２０によって電気的に接続される。
この時、インターコネクタ１２０は、１，０００ｐｐｍ以下の鉛成分を含有する無鉛材質の導電性金属で構成されたり、導電性金属の表面に被覆された有鉛材質のはんだ（solder）をさらに含むことができる。
１つの文字列内で、第１方向（Ｘ−Ｘ,）に互いに隣接して配置された複数の太陽電池１１０のいずれか１つ太陽電池の前面電極部は、隣接する太陽電池の後面電極部とインターコネクタ１２０によって電気的に接続される。
以下では、図３〜図７を参照して本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールについて詳細に説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの要部分解斜視図であり、図４は後面電極部を示すための基板後面の平面図である。
そして、図５は図３の太陽電池モジュールで基板の後部の組立状態を示す平面図であり、図６は図５の「VI−VI」断面図であり、図７は、図５のVII −VII 断面図である。
本実施形態の太陽電池１１０は基板１１１と、基板１１１の第１面（first surface） 、すなわち、光が入射される前面（front surface）に位置するエミッタ部１１２、エミッタ部１１２上に位置する誘電層１１５、誘電層１１５に形成された開口部を介してエミッタ部１１２の上に位置し、エミッタ部１１２と電気的に接続された複数の前面電極１１３と複数の前面電極用集電部１１４と、基板１１１の第２面（second surface）、すなわち、第１面の反対側に位置する基板１１１の後面（back surface）に位置する後面電極１１６と後面電極用集電部１１７ 、後面電極１１６と基板１１１の間に位置する後面電界（back surface field 、ＢＳＦ）部１１８を含むことができる。
基板１１１は、第１導電性タイプ、例えば、p型導電性タイプのシリコンからなる半導体基板である。この時、シリコンは、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンで有り得る。基板１１１がｐ型導電性タイプを持つ場合には、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの３が元素の不純物を含有する。
基板１１１の前面（front surface）をテクスチャリング表面（texturing surface）に形成するために前記基板１１１の前面（front surface）はテクスチャリング（texturing）処理することができる。
基板１１１の前面（front surface）がテクスチャリング表面に形成されると基板１１１の前面（front surface）に入射される光の反射率が減少し、テクスチャリング表面から入射と反射動作が行われ、太陽電池内部に光が閉じ込められ、光の吸収率が増加する。
したがって、太陽電池の効率が向上する。これに加えて、基板１１１に入射される光の反射損失が減り、基板１１１に入射される光の量はさらに増加する。
エミッタ部１１２は基板１１１の導電性タイプと反対の第２導電性タイプ、例えば、 ｎ型の導電性タイプを備えている不純物がドーピング（doping）された領域として、基板１１１とｐーｎ接合を形成する。
このようなエミッタ部１１２は、基板の前面（front surface）の内側に全体的に形成され、必要に応じて、高濃度ドーピング領域と低濃度ドーピング領域を有する選択的エミッタ部で形成することができる。
ここで、「全体的に」は、極一部の領域、例えば、基板の前面（front surface）の枠領域を除外した領域全体にエミッタ部が形成される場合を含む。
したがって、エミッタ部１１２は、基板の前面（front surface）の内側に全体的に形成され得、これとは異なり、 前面内側の枠領域を除外した全体領域に形成することができる。
エミッタ部１１２がｎ型の導電性タイプを有する場合、エミッタ部１１２は、リン（Ｐ ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５が元素の不純物を基板１１１にドーピングして形成することができる。
これにより、基板１１１に入射された光によって半導体内部の電子がエネルギーを受け取ったら、電子はｎ型半導体方向に移動し、正孔はｐ型半導体方向に移動する。したがって、基板１１１がｐ型であり、エミッタ部１１２がｎ型である場合、分離された正孔は、基板１１１方向に移動し、分離された電子は、エミッタ部１１２方向に移動する。
これとは反対に、基板１１１は、ｎ型導電性タイプで有り得、シリコン以外の他の半導体物質から成り得る。基板１１１がｎ型の導電性タイプを持つ場合、基板１１１は、りん（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５が元素の不純物を含有することができる。
エミッタ部１１２は基板１１とｐ−ｎ接合を形成することになるので、基板１１１のｎ型の導電性タイプを持つ場合、エミッタ部１１２は、ｐ型の導電性タイプを有する。この場合、分離された電子は、基板１１１方向に移動し分離された正孔は、エミッタ部１１２方向に移動する。
エミッタ部１１２がｐ型の導電性タイプを有する場合、エミッタ部１１２は、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのような３が元素の不純物を基板１１１にドーピングして形成することができる。
基板１１１のエミッタ部１１２上には窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、シリコン酸化窒化物（ＳｉＯｘＮｙ）と２酸化チタン（ＴｉＯ2）の中から選択された少なくとも一つの物質を含む単一膜構造または、多重膜構造の誘電層１１５が形成されている。
誘電層１１５ は、太陽電池１１０に入射される光の反射率を減らし、特定の波長領域の選択性を増加させ、太陽電池１１０の効率を高める反射防止膜として作用することができ、誘電層１１５が多重膜構造で形成される場合には、パッシベーション機能をする下部膜と反射防止機能をする上部膜を含むことがある。
基板１１１の前面（front surface）に位置する複数の前面電極１１３は、フィンガー電極（finger electrode）とも称し、誘電層１１５に形成された開口部を介して露出されたエミッタ部１１２上に形成される。
したがって、前面電極１１３の下部面全体はエミッタ部１１２と直接接触し、これにより、前面電極１１３がエミッタ部１１２と電気的に接続される。
ここで、前面電極１１３の下部面は、エミッタ部１１２に向かう面をいう。
エミッタ部１１２が選択的エミッタ部で形成される場合には、前面電極１１３の下部面全体は、高濃度ドーピング部に直接接触することができる。
前面電極１１３は、隣接する前面電極１１３と、互いに離隔した状態で第２方向（Ｙ−Ｙ’）に長く延長される。ここで、第２方向（Ｙ−Ｙ’）は、第１方向（Ｘ−Ｘ’）と直交する方向である。
このような構成の前面電極１１３は、エミッタ部１１２方向に移動した電荷、例えば、電子を収集する。
複数の前面電極１１３は、少なくとも一つの導電性物質を含み、これらの導電性物質は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ） 、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組み合わせからなる群より選択された少なくとも一つで有り得るが、これ以外の他の導電性の金属物質を含むこともできる。
例えば、前面電極１１３は、銀（Ａｇ）を含む導電性ペーストで行うことが有り得る。この場合、スクリーン印刷工程を利用して、銀ペーストを誘電層１１５上に塗布し、基板１１１を約７５０℃〜８００℃の温度で焼成（firing）すると、前面電極１１３が、エミッタ部１１２と電気的に接続することができる。
この時、前述した電気的接続は、導電性ペーストに含まれるエッチング成分、例えば、酸化鉛（ＰｂＯ）の成分が焼成過程で誘電層１１５をエッチングして銀（Ａｇ）粒子がエミッタ部１１２と接触することにより行われる。
基板１１１のエミッタ部１１２上には、前面電極１１３と交差する方向、すなわち、第１方向（Ｘ−Ｘ’）に長く延長された前面電極用集電部１１４が、少なくとも２つの以上形成される。
前面電極用集電部１１４は、前面電極１１３と同じ物質を含むことができ、エミッタ部１１２と、前面電極１１３と電気的及び物理的に接続される。したがって、前面電極用集電部１１４は、前面電極１１３から伝達される電荷、例えば、電子を外部デバイスに出力する。
前面電極用集電部１１４は、前面電極１１３と同様に、銀（Ａｇ）を含む導電性ペーストを誘電層１１５上に塗布した後、パターニングし、これを焼成してエミッタ部１１２と電気的に接続することができる。
以上で説明した前面電極１１３と前面電極用集電部１１４は、本実施形態の前面電極部を構成する。
図４に具体的に示すように、基板１１１の第２面、すなわち、基板１１１の後面（back surface）には、前面電極用集電部１１４に対応する位置に後面電極用集電部１１７が位置し、複数の後面電極用集電部１１７は、前面電極１１３と交差する方向、すなわち、第１方向（Ｘ−Ｘ’）に沿って、第１間隔（Ｄ１）に離隔された島（island）型構造で形成される。
後面電極用集電部１１７は、前面電極１１３と、前面電極用集電部１１４と同じ導電性ペーストで行われ、後面電界部１１８と電気的に接続される。
後面電極用集電部１１７は、後面電極１１６と直接接続することもできる。したがって、後面電極用集電部１１７は、後面電極１１６から伝達される電荷、例えば正孔を外部デバイスに出力する。
基板１１１の後面に位置する後面電極１１６は、後面電極用集電部１１７を露出する複数の開口部１１６ａを含み、実質的に、開口部１１６ａを除外した基板１１１の後面全体を覆うシート（sheet）状に形成される。
ここで、後面電極１１６が、「実質的に」開口部１１６ａを除外した基板１１１の後面全体を覆うのは、後面電極用集電部１１７が位置する開口部１１６ａの領域を除外した基板１１１の後面全体に後面電極１１６が形成されたり、後面電極用集電部１１７が位置する開口部１１６ａの領域と基板後面の枠の部分を除外した基板１１１の後面全体に後面電極１１６が形成される場合を含む。
本実施形態において、後面電極１１６と後面電極用集電部１１７は、後面電極部を構成する。
後面電極１１６は、少なくとも一つの導電性物質を含む。導電性物質は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ） 、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの組み合わせからなる群より選択された少なくとも一つであることができるが、これ以外の他の導電性物質を含むこともできる。
基板１１１の後面内側に後面電界部１１８を形成するために、後面電極１１６は、後面電極用集電部１１７とは異なる導電性物質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含むことができる。
このように、後面電極１１６をアルミニウムで形成する理由は、アルミニウムを含む導電性ペーストを基板１１１の後面に印刷された後、この導電性ペーストを焼成する際に、後面電極１１６用導電性ペーストに含有される不純物が基板の後面内側に拡散されることによって、後面電界部１１８が自動的に形成されるからである。
したがって、アルミニウムを含む導電性ペーストを用いて後面電極１１６を形成すると、後面電界部１１８を形成するための別の不純物の注入及び/または拡散工程を省略することができる効果がある。
図７に示すように、後面電極１１６と後面電極用集電部１１７は、互いに異なる厚さに形成される。例えば、図６を参照すると、後面電極用集電部１１７の厚さ（Ｔ１）は、後面電極１１６の厚さ（Ｔ２）より薄く形成することができる。この時、後面電極１１６の厚さ（Ｔ２）と後面電極用集電部１１７の厚さ（Ｔ１）の差（Ｔ２−Ｔ１）は５μｍ〜２５μｍで有り得る。
このような構造によると、後面電極用集電部１１７の厚さ（Ｔ１）が後面電極１１６の厚さ（Ｔ２）より薄く形成され、また、後面電極部１１７が島型構造に形成されるため、銀（Ａｇ）の使用量を減らすことができ、太陽電池モジュールの製造コストを低減することができる。
後面電極１１６用導電性ペーストを焼成する過程で、基板１１１の後面内側に形成された後面電界部１１８は基板１１１と同じ導電性タイプの不純物が基板１１１より高濃度でドープされた領域、例えば、ｐ＋領域である。
このような後面電界部１１８は基板１１１の後面から電位障壁として作用することになる。したがって、基板１１１の後面側で電子と正孔が再結合して消滅することが減少されるため、太陽電池の効率が向上する。
このような構成の太陽電池１１０において、基板１１１の前面電極用集電部１１４の上には前面電極用集電部１１４と平行な方向、すなわち、第１方向（Ｘ−Ｘ’）に導電性接着フィルム１６０が位置する。
また、基板１１１の後面にも電極用集電部１１７と後面電極１１６の上にも、第１方向（Ｘ−Ｘ’）に導電性接着フィルム１６０が位置する。
図３は、基板１１１の前面（front surface）と後面（back surface）にそれぞれ一本ずつの導電性接着フィルム１６０が位置することを示したが、基板１１１の前面（front surface）及び後面（back surface）には、図５に示すように、インターコネクタ１２０と同じ数の導電性接着フィルム１６０がそれぞれ位置する。
導電性接着フィルム１６０は、図６に示すように、樹脂１６２と樹脂１６２に分散された複数の導電性粒子１６４を含む。樹脂１６２は、接着性を有する材質であれば特に限定されない。ただし接着信頼性を高めるためには、熱硬化性樹脂を使用することが望ましい。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ（epoxy）樹脂、フェノキシ（phenoxy）樹脂、アクリル（acryl）樹脂、ポリイミド（polyimide）樹脂、ポリカーボネート（polycarbonate）樹脂から選択された少なくとも１種以上の樹脂を使用することができる。
樹脂１６２は、熱硬化性樹脂以外の任意成分として、公知の硬化剤および硬化促進剤を含有することができる。例えば、樹脂１６２は、前面電極用集電部１１４とインターコネクタ１２０と後面電極用集電部１１７とインターコネクタ１２０の接着性を向上させるために、シラン（silane）系カップリング（coupling）製、チタネート（titanate）系カップリング剤、アルミネート（aluminate）系カップリング剤などの改質材料を含有することができる。
また、樹脂１６２は、第１導電性粒子１６４の分散性を向上させるために、リン酸カルシウムや炭酸カルシウムなどの分散剤を含有することができ、弾性率を制御するために、アクリルゴム、シリコーンゴム、ウレタン等のゴム成分を含有することができる。
導電性粒子１６４は、導電性を有するものであれば、その材料は特に限定されない。
導電性粒子１６４は、図６に示すように、様々なサイズの放射状の金属粒子で構成ことがある。ここで、「放射型金属粒子」は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、鉄（Fe） 、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ） 、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ） 、チタン（Ｔｉ）とマグネシウム（Ｍｇ）から選択された１種以上の金属を主成分とする略球体形状を有する金属粒子の表面に複数の突起が不規則に形成された金属粒子をいう。
インターコネクタ１２０と、前面電極用集電部１１４及びインターコネクタ１２０と後面電極用集電部１１７との間の電流の流れが円滑に行われるようにするために、導電性接着フィルム１６０は、樹脂１６２の厚さより大きいサイズの放射状の金属粒子を少なくとも一つ以上含むことが望ましい。
このような構成によると、樹脂１６２の厚さより大きいサイズに形成された放射状の金属粒子の一部が後面電極用集電部１１７及び/またはインターコネクタ１２０に埋め立てられる。
同様に、樹脂１６２の厚さより大きいサイズに形成された放射状の金属粒子の一部が前面電極用集電部１１４及び/またはインターコネクタ１２０に埋め立てられる。
したがって、放射状の金属粒子と集電部及び/または放射状の金属粒子とインターコネクタ間の接触面積が増加し、接触抵抗を減らすことができる効果がある。前記接触抵抗が減少すると、集電部１１４、集電部１１７とインターコネクタ１２０との間の電流の流れがスムーズになる。
上では導電性粒子１６４が放射状金属粒子で形成されることを例に挙げて説明したが、導電性粒子１６４は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）とマグネシウム（Ｍｇ）から選択された１種以上の金属を主成分として含む金属被覆樹脂粒子からなりえることもある。
導電性粒子１６４が金属被覆樹脂粒子からなる場合、導電性粒子１６４は、円形または楕円形の形状に形成することができる。
一方、示さなかったが、導電性粒子１６４は、隣接するものと互いに物理的に接触することもできる。
樹脂１６２が硬化した後の接続信頼性の観点から、樹脂１６２内に分散された導電性粒子１６４の配合量は、導電性接着フィルム１６０の全体積に対して０．５体積％〜２０体積％とすることが望ましい。
導電性粒子１６４の配合量が０．５体積％未満であれば、前面電極用集電部１１４との物理的な接点が減少するので、電流の流れが円滑に行われない場合があり、前記配合量が２０体積％を超えると樹脂１６２の相対量が減少し、接着強度が低下することができる。
導電性接着フィルム１６０は、前面電極用集電部１１４と平行な方向に前記前面電極用集電部１１４に接着され、後面電極用集電部１１７と平行な方向に後面電極用集電部１１７に接着される。
このとき、タビング（tabbing）作業は、導電性接着フィルム１６０を集電部１１４、 集電部１１７に、仮圧着段階、インターコネクタ１２０を導電性接着フィルム１６０に整列及び仮固定する整列及び仮固定段階と、インターコネクタ１２０と導電性接着フィルム１６０と集電部１１４、集電部１１７を本圧着する本圧着段階を含む。
導電性接着フィルム１６０を利用してタビング作業を行うときに、電気的接続を確保し、接着力の維持が可能な範囲であれば、加熱温度と加圧圧力の条件は、特に制限されない。
例えば、予備接合段階での加熱温度は約１００℃以下に設定することができ、最終接合段階での加熱温度は、樹脂１６２が硬化する温度範囲、例えば１４０℃〜１８０℃の範囲に設定することができる。
そして、予備接合段階での加圧圧力は、約１ＭＰａに設定することができ、最終接合段階での加圧圧力は、前面電極用集電部１１４、後面電極用集電部１１７とインターコネクタ１２０が導電性接着フィルム１６０に十分に密着される範囲、例えば、約２ＭＰａ乃至３ＭＰａに設定することができる。
この時、加圧圧力は、導電性粒子の少なくとも一部が集電部１１４、集電部１１７及び/またはインターコネクタ１２０の内部に没入することができるようにする。
また、予備接合段階での加熱と加圧時間は、約５秒内外に設定することができ、最終接合段階での加熱及び加圧時間は、前面電極用集電部１１４ 、後面電極用集電部１１７とインターコネクタ１２０などが熱による損傷や変質しない範囲、例えば、約１０秒程度で設定することができる。
一方、前記予備接合段階と最終接合段階で加わる熱により基板反りが発生することができる。
本発明人の実験によれば、導電性接着フィルムを用いる本願発明のタビング方式とホットエアを利用した従来のタビング方式における基板の厚さに応じた基板反り量を測定した結果、基板の厚さが２００μｍであるとき、ホットエア（hot air）を利用して、フラックスを溶融させる従来のタビング方式では、基板反り量が約２．１ｍｍ以上と測定されるが、導電性接着フィルムを用いたタビング方式では、基板反り量が約０．５ｍｍ程度で測定されたことがわかる。
ここで、基板１１１の厚さは、基板の後面からエミッタ部までの厚さをいう。そして、前記反り量は、基板の下部面において、基板の中心部と基板の周辺部での高さの差をいう。
一方、基板反り現状は、基板の厚さが薄くなるほど、さらに大きく発生する。例えば、基板１１１の厚さが８０μｍである場合、ホットエア（hot air）を利用して、フラックスを溶融させる従来のタビング方式によれば、基板反り量が約１４ｍｍ以上で測定されるが、導電性接着フィルムを利用したタビング方式によれば、基板反り量が約１．８ｍｍ程度で測定されたことが分かる。
前記の結果によると、導電性接着フィルムを用いた本願発明の基板の厚さが８０μｍの場合に発生する基板反り量とホットエアを利用した従来例の基板の厚さが２００μｍの場合に発生する基板反り量が類似であることが分かる。
基板反り量が一定の範囲、例えば、２．５ｍｍを超えた場合、以降に実施するラミネート工程で基板にクラックが発生したり、モジュール内部に気泡が発生するなどの問題点があるので、従来のテビン方式を用いる場合には、基板の厚さを薄く形成することが不可能である。
しかし導電性接着フィルムを用いたタビング方式は、基板反り量を従来に比べて大幅に減少させることができるので、薄い厚さの基板を使用することが可能である。
例えば、導電性接着フィルムを用いたタビング方式を使用すると、基板１１１の厚さを８０μｍ乃至１８０μｍで形成することができる。基板の厚さが減少するほど、材料費を削減することができるので、導電性接着フィルムを用いた、本願発明の場合、基板１１１の厚さを１８０μｍ以下に形成することが望ましい。
一方、導電性接着フィルム１６０は、後面電極用集電部１１７と接触する第１部分１６０ａと、後面電極１１６と接触する第２部分１６０ｂ を第１方向（Ｘ−Ｘ’）に沿って交互に備える。
図３〜図７に示した第１実施形態で、第２方向に測定された導電性接着フィルム１６０の幅（Ｗ２）は、後面電極用集電部１１７の幅（Ｗ１）と同じに形成され、第１方向に測定された導電性接着フィルム１６０の長さは、後面電極用集電部１１７の長さより長く形成される。
したがって、導電性接着フィルム１６０の第２部分１６０ｂは、 第１方向（Ｘ−Ｘ’）に、後面電極用集電部１１７の間の空間に位置する。
そして、第１部分１６０ａの厚さ（Ｔ３）と第２部分１６２ｂの厚さ（Ｔ４）は、同じに形成される。
これとは異なりに、図８に示すように、第１部分１６２ａの厚さ（Ｔ３）と第２部分１６２ｂの厚さ（Ｔ４）は、異なりに形成することができる。
後面電極用集電部１１７の厚さ（Ｔ１）が後面電極１１６の厚さ（Ｔ２）より薄く形成されると、後面電極用集電部１１７と接触する第１部分１６２ａの厚さ（Ｔ３）は、後面電極１１６と接触する第２部分１６０ｂの厚さ（Ｔ４）より厚く形成される。
この時、後面電極１１６の厚さ（Ｔ２）と後面電極用集電部１１７の厚さ（Ｔ１）の差（Ｔ２−Ｔ１）が５μｍ〜２５μｍで形成されると、導電性接着フィルム１６０の第１部分１６０ａの厚さ（Ｔ３）と第２部分１６０ｂの厚さ（Ｔ４）の差（Ｔ３−Ｔ４）も５μｍ〜２５μｍで形成される。
このような構成によると、最終接合段階で加わる熱により導電性接着フィルム１６０の樹脂が流動性を有するようになるので、図７及び図８に示すように、後面電極１１６と後面電極用集電部１１７の段差が発生した部分にも導電性接着フィルム１６０が満たされる。したがって、 後面電極用集電部とインターコネクタの未接合部分が発生しないため、電流収集効率が低下することを防止または抑制することができる。
また、導電性接着フィルム１６０の接合特性はSn系のはんだ（solder）とは異なり、金属の種類に応じた変化がほとんどないため、導電性接着フィルム１６０は、銀（Ａｇ）を含む導電性ペーストにによって形成された後面電極用集電部１１７とアルミニウム（Ａｌ）を含む導電性ペーストにより形成された後面電極１１６と良好に接合される。
したがって、導電性接着フィルムが接合される領域内で後面電極用集電部が導電性接着フィルムの長さ方向に沿って複数個が位置する島型構造で後面電極用集電部を形成した場合でも、電流の収集効率を効果的に向上させることができ、後面電極用集電部を形成するための金属物質、すなわち、銀の使用量を減らすことができるので、太陽電池モジュールの製造コストを削減することが可能である。
図９は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて基板の後面部の組立状態を示す平面図であり、図１０は、図９の「Ｘ - Ｘ」断面図である。
後面電極１１６と後面電極用集電部１１７は、開口部の端部分で互いに重畳することができる。
一例として、基板１１１の後面に後面電極用集電部１１７を先に形成した後、後面電極１１６を形成する場合には、図９及び図１０に示すように、後面電極１１６の一部分が後面電極用集電部１１７の枠の部分の一部を覆うことができる。
この場合、後面電極１１６の形成用の導電性ペーストにより形成される後面電界部１１８は、図３〜図８の第１実施形態に示すように、後面電極が位置する領域にのみ形成される。
これとは異なりに、基板１１１の後面にシート状の後面電極１１６を先に形成した後、後面電極用集電部１１７を形成する場合、後面電極用集電部１１７の枠の部分一部が後面電極１１６の開口部の端部分を覆うことができる。
この場合、後面電界部１１８は、図１０に示すように、後面電極１１６が位置する領域と開口部が位置する領域の両方に形成される。したがって、後面電界部１１８は基板１１１の後面内側に全体的に形成される。
このような構造によると、後面電極１１６と後面電極用集電部１１７が重畳された領域で相互に直接接触するので、後面電極１１６に収集された電荷が、後面電極用集電部１１７に、さらに効果的に伝達される。
前記した構造の太陽電池において、第２方向に測定された導電性接着フィルム１６０の幅は、開口部１１６ａの幅より大きく形成される。
したがって、第１方向（Ｘ−Ｘ ’）には、導電性接着フィルム１６０が、後面電極用集電部１１７と接触する第１部分と後面電極用集電部１１７の間のスペースで後面電極と接触する第２部分を交互に備え、 第２方向（Ｙ−Ｙ ’）には、第１部分の少なくとも一方から後面電極と接触する第３部分１６０ｃをさらに含む。
この時、導電性接着フィルム１６０の第１部分１６０ａの厚さ（Ｔ３）は、第２部分１６０ｃの厚さ（Ｔ５）より厚く形成することができる。
インターコネクタ１２０の幅は、特に制限はないが、導電性接着フィルム１６０の幅と同じか、導電性接着フィルム１６０の幅より大きく形成することができる。
以上では、後面電極用集電部１１７と導電性接着フィルム１６０とインターコネクタ１２０の接続構造について説明したが、前述した内容は、前面電極用集電部１１４と導電性接着フィルム１６０とインターコネクタ１２０の接続構造に対しても同様に適用することができる。
以下、本発明の第３実施形態に係る太陽電池モジュールを、図１１を参照して説明する。第３実施形態では、後面電極部の構造とテビン構造が、前述した第１実施形態及び/または第２実施形態と同様であるので、以下では、前面電極部の構造とテビン構造についてのみ説明する。
第３実施形態を説明することに当たり、前述した実施形態と同一の構成要素については同一の図面番号を付与し、これに対する詳細な説明は省略する。
図面を参照すると、基板１１１のエミッタ部１１２上には、前述した第１実施形態とは異なり、複数の前面電極１１３だけエミッタ部１１２の上に位置する。すなわち、前面電極用集電部は、本実施例では、形成されない。
そして、基板１１１の前面（front surface）には、前面電極１１３と交差する方向に複数の導電性接着フィルム１６０が位置し、導電性接着フィルム１６０は、複数の前面電極１３と交差する方向に前記前面電極１１３の一部分に接着される。従って、導電性接着フィルム１６０の一部分は、前面電極１１３の一部分に直接接触し、残りの部分は、誘電層１１５に直接接触する。
以下では、導電性接着フィルム１６０が接着される前記電極部分を第１部分１１３ａ とし、導電性接着フィルム１６０が接着されていない電極部分を、第２部分１１３ｂとする。
前面電極１１３の第１部分１１３ａに接着された導電性接着フィルム１６０の前面（front surface ）には、導電性接着フィルム６０と同じ方向にインターコネクタ２０が接着される。このインターコネクタ２０は、隣接する太陽電池の基板の後面に接着されたインターコネクタである。
導電性接着フィルム１６０とインターコネクタ１２０を良好に接着させるために、導電性接着フィルム１６０は、前面電極１１３の突出厚さより大きい厚さを有することができる。この場合、導電性接着フィルム１６０の前面（front surface）が平坦面を成すようになるので、インターコネクタ１２０と導電性接着フィルム１６０の接着が良好に行われる。
ここで、「突出厚さ」は、前面電極１１３の全体の厚さの中で誘電層 １１５上に突出した部分の厚さを意味する。
一般的な前面電極１１３が１５μｍ以下の厚さに形成されるので、前面電極１１３の突出厚さは１５μｍより小さい。従って、導電性接着フィルム１６０は、適用しようとする太陽電池のスペック（仕様）（spec）に基づいて１５μｍ〜６０μｍの厚さの範囲内で適切なものを使用することができる。

Claims (17)

  1. 基板と基板の後面に位置し、第１方向に沿って第１間隔で離隔された複数の島型後面電極用集電部と、前記後面電極用集電部を露出する開口部を含み、前記基板の後面全体を覆うシート（sheet）状の後面電極を備えた後面電極部を含む太陽電池と、
    隣接した太陽電池を電気的に接続するインターコネクタと、
    前記インターコネクタを前記太陽電池に接合する導電性粘着フィルム
    を含み、
    前記後面電極用集電部と前記後面電極は、互いに異なる金属物質から形成され、
    前記導電性接着フィルムは、前記後面電極用集電部と接触する第１部分と前記後面電極と接触する第２部分を前記第１方向に沿って交互に備える太陽電池モジュール。
  2. 前記後面電極と前記後面電極用集電部は、前記開口部の端部分で互に重畳しない、請求項１記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記後面電極の厚さと、前記後面電極用集電部の厚さの差が５μｍ〜２５μｍである、請求項２記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記導電性接着フィルムの前記第１部分の厚さが前記第２部分の厚さより厚く形成される、請求項３記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記第１部分の厚さと、前記第２部分の厚さの差が５μｍ〜２５μｍである、請求項４記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記導電性接着フィルムは、前記第１方向と直交する第２方向に前記第１部分の少なくとも一方において、前記後面電極と接触する第３部分をさらに含む、請求項２記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記後面電極と前記後面電極用集電部は、前記開口部の端部分で互いに重畳する、請求項１記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記後面電極の厚さと、前記後面電極用集電部の厚さの差が５μｍ〜２５μｍである、請求項７記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記導電性接着フィルムの前記第１部分の厚さが前記第２部分の厚さより厚く形成される、請求項８記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記第１部分の厚さと、前記第２部分の厚さの差が５μｍ〜２５μｍである、請求項９記載の太陽電池モジュール。
  11. 前記複数の太陽電池の各々は、基板の後面内側に位置する後面電界部をさらに含む、請求項１記載の太陽電池モジュール。
  12. 前記後面電界部は、前記後面電極が位置する領域にのみ形成され、前記開口部が位置する領域には形成されない、請求項１１記載の太陽電池モジュール。
  13. 前記後面電界部は、前記後面電極が位置する領域と、前記開口部が位置する領域に形成される、請求項１１記載の太陽電池モジュール。
  14. 前記導電性接着フィルムは、樹脂と、前記樹脂内に分散された複数の導電性粒子を含み、前記複数の導電性粒子は、前記後面電極と後面電極用集電部のいずれか、及びインターコネクタとそれぞれ直接接触する、請求項１１記載の太陽電池モジュール。
  15. 前記複数の太陽電池の各々は、前記基板の前面全体に位置するエミッタ部、前記エミッタ部と電気的に接続される前面電極部と、前記エミッタ部の上に位置する誘電層をさらに含み、
    前記前面電極部は、前記第１方向と直交する第２方向に長く延長され下部面全体が前記のエミッタ部と直接接触する複数のフィンガー電極を含む、請求項１１記載の太陽電池モジュール。
  16. 前記前面電極部は、前記第１方向に延長され、前記複数のフィンガー電極と接続された前面電極用集電部をさらに含み、前記前面電極用集電部の下部面全体は、前記エミッタ部と直接接触する、請求項１５記載の太陽電池モジュール。
  17. 前記複数の開口部は、複数の後面電極用集電部にそれぞれ対応する、請求項１記載の太陽電池モジュール。
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