JP2014179467A - 光電変換素子の接続用フレーム，接続用部材及び電気モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子を容易に電気的に接続することができるとともに、接続された光電変換素子を確実に保持することができる光電変換素子の接続用フレーム、接続部材及びこれらを用いた電気モジュールを提供する。
【解決手段】複数の光電変換素子１，１・・に装着され、これらの複数の光電変換素子１，１・・同士を電気的に接続する光電変換素子の接続用フレーム１５Ａにおいて、これらの複数の光電変換素子１，１・・を固定する絶縁性を有する保持フレーム１７と、この保持フレーム１７に設けられ、光電変換素子１の電極に接続される配線導体１９とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、光電変換素子の接続用フレーム，接続用部材及び電気モジュールに関する。

従来より、太陽電池モジュール等の電気モジュールは、配線部材を半田付けして、複数の光電変換素子同士のセル電極間を電気的に直列および／又は並列に接続している。
しかし、半田付けにより電気的接続を取る場合、光電変換素子に例えば割れ等の不具合が発見された場合に半田付けを取り除き、不具合のある光電変換素子を交換して、再び半田付けをして配線し直さなければならず、処理が煩雑であった。また、光電変換素子を接着樹脂によってガラス基板等の支持パネルに固定させた後に、不具合のある光電変換素子を発見した場合には、その光電変換素子を交換することが非常に困難であるため、電気モジュールの生産性および歩留まり向上を妨げる要因の一つとなっていた。
そこで、上記の問題に関して、半田付けを用いない光電変換素子の接続部材が開発されている（例えば下記特許文献１）。
特許文献１に記載された従来の太陽電池の接続金具は、４本の端子を備えたリン青銅の短冊状の板バネにより構成されており、隣り合う太陽電池の電極に当接させる２本の端子以外の２本の端子には絶縁テープが被覆されて短絡が防止されている。
そして、絶縁テープが被覆されずに半田コーティングがなされた２本の端子が主電極と裏面電極とに当接するように太陽電池を２つの端子で局所的に挟み込んでいる。

特開２００１−６０７１０号公報

しかし、上記従来の接続金具は、隣り合う２つの太陽電池の間に位置させて当該２つの太陽電池の主電極が配された箇所に局所的に配し、電気的接続を取るものであり、連結された太陽電池を支持する部材がないため、太陽電池の連結が不安定で、多数の太陽電池を連結させる場合に接続金具が外れやすいという問題があった。
また、連結された太陽電池を支持する部材がないため、連結された太陽電池を別途設置用の支持パネル等に接着する等して取り付けなければならず、結局煩雑な取り付け作業が必要となり、また上記した従来の問題を解決し切れないという問題があった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、光電変換素子を容易に電気的に接続することができるとともに、接続された光電変換素子を確実に保持することができる光電変換素子の接続用フレーム、接続部材及びこれらを用いた電気モジュールを提供することを課題とする。

本発明は、複数の光電変換素子に装着され、これらの複数の光電変換素子同士を電気的に接続する光電変換素子の接続用フレームにおいて、一又は複数の前記光電変換素子を固定する絶縁性を有する保持フレームと、この保持フレームに設けられ、前記光電変換素子の電極に接続される配線導体とを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、絶縁性を有する保持フレームにより複数の光電変換素子の任意の箇所を保持して確実に固定すると同時に、光電変換素子同士を電気的に接続することができる。また、保持フレームの形状によっては３以上の光電変換素子を接続することができる。

本発明は、前記保持フレームが、各光電変換素子を係止させる係止部を有し、前記光電変換素子を前記保持フレームの定位置に固定させるよう構成されていることが好ましい。
この構成によれば、光電変換素子を保持フレームの定位置に確実に固定することができる。

本発明は、互いに対向配置される一対の前記保持フレームが備えられ、これら一対の保持フレームの対向する内面に前記光電変換素子を嵌着可能な溝が形成され、この溝を形成する内壁に配線導体が備えられていることが好ましい。
この構成によれば、光電変換素子を溝の延在方向に直交する方向又は溝に沿ってスライドさせるように装着することにより、複数の光電変換素子を保持しつつ電気的に接続させることができる。

本発明は、光電変換素子の接続用部材において、上記いずれかの接続用フレームを複数備え、各保持フレームが互いに連結されて各配線導体が電気的に接続されることを特徴とする。
この構成によれば、複数の光電変換素子同士を保持しかつ電気的に接続させた保持フレームを、更に他の光電変換素子を保持させた保持フレームと連結させ、電気的に接続させることができる。

本発明は、電気モジュールにおいて上記いずれかの接続用フレーム又は接続用部材が光電変換素子に装着されていることを特徴とする。
この構成によれば、上記の作用及び機能を有する電気モジュールとすることができる。

本発明によれば、保持フレームにより、１又は複数の光電変換素子を保持して固定することによって、光電変換素子同士を電気的に接続できるようにするものであるため、電気モジュールの一部の光電変換素子において不具合を発見した場合等に、容易に交換作業が可能となるという効果を奏する。また、光電変換素子と配線導体との接続において例えば半田付け等を要しないため、接続箇所周辺に位置する部材を不用意に加熱し部材の劣化を招くことを回避することができるという効果を奏する。
また、保持フレームを用いて光電変換素子の任意の位置を保持し固定することができるため、光電変換素子の電極の配置等に拘束されること無く、光電変換素子を確実に固定できる任意の形状に保持フレームを成形して光電変換素子を保持することができるという効果を奏する。
また、配線導体は絶縁性を有する保持フレームに設けているため、配線導体を保護しつつ短絡を発生させることなく光電変換素子に接続させることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施態様の接続用フレームの適用対象となる光電変換素子を模式的に示した図であり、（ａ）第１電極の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は第２電極の底面図、（ｄ）は（ｃ）の断面図、（ｅ）は光電変換素子の平面図、（ｆ）は（ｅ）の断面図、（ｇ）は（ｅ）の側面図である。 本発明の第１の実施態様として示した光電変換素子の接続用フレームに光電変換素子を装着させた状態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 本発明の第２の実施態様として示した光電変換素子の接続用フレームに光電変換素子を装着させた状態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）の接続用フレームに装着される光電変換素子の平面図、（ｃ）は（ｂ）の断面図である。 本発明の第３の実施態様として示した光電変換素子の接続用フレームに光電変換素子を装着させた状態を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）の接続用フレームに装着される光電変換素子の平面図である。 本発明の変形例として示した光電変換素子の接続用フレームを光電変換素子に装着させる状態を示す正面図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）の接続用フレームに装着される光電変換素子の断面図である。 本発明の一実施形態として示した光電変換素子の接続用部材を示す平面図である。 本発明の変形例として示した光電変換素子の接続用フレームに光電変換素子を装着させる状態を示す斜視図である。 本発明の変形例として示した光電変換素子の接続用フレームに光電変換素子を装着させる状態を示す斜視図である。 本発明の変形例として示した光電変換素子の接続用フレームの配線導体であり、（ａ）は平板部材の一部にスリットを形成し、平板部材の一部を折曲させて弾性変形可能な板バネ状の接続端子を形成した斜視図であり、（ｂ）は平板部材の一部に切欠を形成し、平板部材の一部を折曲させて弾性変形可能な板バネ状の接続端子を形成した斜視図である。

以下、図を参照して本発明の光電変換素子の接続用フレーム、接続用部材及び電気モジュールの実施態様について、接続用フレーム又は接続用部材を色素増感太陽電池に装着した場合を例として説明する。

（第１の実施態様）
図１（ｅ），（ｆ），（ｇ）に示す色素増感太陽電池（以下「太陽電池」と称する）１は、同図（ａ），（ｂ）に示すように、一の基板２の板面全体に成膜した透明導電膜３と、透明導電膜３の表面に短冊状に設けた半導体層４とを備え、短冊状の半導体層４の間に集電配線５を配した第１電極６と、同図（ｃ），（ｄ）に示すように、他の基板７上に対向導電膜８を備えた第２電極１０とを備えている。

そして、図１（ｆ）に示すように、第１電極６と第２電極１０との間が、不図示のセパレータを介装させた状態で、一の基板２の端縁と他の基板７の端縁とにおいて封止材１１により枠状に封止され、封止された内部空間内に電解液（不図示）が充填されている。第１電極６と第２電極１０とは、図１（ｇ）に示すように、それぞれ集電配線５の端部５ａと対向導電膜８の端部８ａとがそれぞれ太陽電池１の両端から突出するように、一方向にずらして接着されている。これらの端部５ａと端部８ａとが第１電極６及び第２電極１０の端子を構成している。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、接続用フレーム１５Ａは、長尺の直方体形状の部材により構成された保持フレーム１７，１７と、各保持フレーム１７の内壁１７ｔ，１７ｔに配された配線導体１９とを備えている。
保持フレーム１７は、合成樹脂材料等の絶縁性を有する部材により形成されており、長尺な直方体形状の厚さ方向中央部に一方向に貫通する溝１６が形成され、レール状をなして、溝１６，１６を対向させて配置できるように二つを一対として構成されている。

保持フレーム１７の長さ寸法は、複数の太陽電池１，１・・（本実施形態では３つ）を所定の間隔を空けて保持できるように設定されており、溝１６内の長さ方向に３等分する位置に、係止部２０を有している。

係止部２０としては、太陽電池１を定位置Ｓ内に位置決めできるものであれば、どのようなものであってもよいが、本実施形態では、位置決め用凸部とされている。この係止部２０は、図２（ｂ）に示す第１電極６及び第２電極１０のそれぞれが対向する側の溝１６の内面１６ａ又は内面１６ｂにおいて、太陽電池１，１の間の定位置Ｓに位置するように設けられている。そして、係止部２０は、溝１６内に太陽電池１を一定以上の力で摺動させた際に保持フレーム１７をわずかに弾性変形させて乗り越え可能となっており、太陽電池１が定位置Ｓに位置した際に保持フレーム１７が弾性復帰して太陽電池１を係止部２０，２０の間に位置決めするようになっている。太陽電池１を摺動させる力が一定以下の場合には係止部２０は、太陽電池１の端縁を係止させて徒に乗り越えさせないようになっている。

配線導体１９は、保持フレーム１７の内壁１７ｔ，１７ｔに長手方向に埋設されており、太陽電池１が係止部２０同士の間の定位置Ｓで、端部５ａ，８ａが位置する領域に向かって、端部５ａ，８ａと接触するように突出する接続端子１８を定位置Ｓの一箇所につき１つ以上有している（図示では２つ）。

以上の構成により、接続用フレーム１５Ａは、保持フレーム１７の溝１６内に太陽電池１を挿入させるだけで、この保持フレーム１７に複数の太陽電池１，１・・を装着させることができると同時に、端部５ａ，８ａを配線導体１９の接続端子１８，１８に電気的に接続し、太陽電池１，１，１を並列接続させた電気モジュールＭとすることができる。
また、係止部２０が保持フレーム１７に設けられているため、太陽電池１を定位置Ｓに容易に固定することができる。

このように、接続用フレーム１５Ａによれば、太陽電池１を接続用フレーム１５Ａの溝１６内に装着させるだけで、極めて簡便に太陽電池１，１同士を並列接続することができるという効果が得られる。

また、接続用フレーム１５Ａは、半田付け等を用いることなく、太陽電池１を溝１６内に装着させて配線導体１９の接続端子１８，１８を端部５ａ，８ａに接触させて接続しており、かつ保持フレーム１７を太陽電池１に接着等することなく着脱自在に装着させている。
従って、接続用フレーム１５Ａに保持された太陽電池１のうちのいずれかに不具合が生じた場合、当該太陽電池１を接続用フレーム１５Ａから容易に取り外して、不具合のない他の太陽電池１と極めて簡単に交換することができるという効果が得られる。
また、端部５ａ，端部８ａと接続端子１８との接続に際し、半田付けの場合のように加熱しないため、接続部分周辺を不用意に加熱し劣化等させることを防止することができるという効果が得られる。

また、接続用フレーム１５Ａによれば、３つ以上の太陽電池１，１・・であっても、保持フレーム１７により保持及び固定させることにより、簡単に電気的に接続することができるという効果が得られる。

また、係止部２０を有しているため、保持フレーム１７において、各太陽電池１を定位置Ｓに容易かつ確実に固定することができるという効果が得られる。

（第２の実施態様）
次に、図３（ａ），（ｂ）を用いて本発明の第２の実施態様の接続用フレーム１５Ｂについて説明する。本発明において、第１の実施態様と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。

図３（ｂ）に示すように、第２の実施態様では、太陽電池１は、同図（ｃ）に示す第１電極６と第２電極１０とを、端部５ａと端部８ａとが太陽電池１の同じ端縁側を向くように貼着させ、その上で、集電配線５の端部５ａからその延在方向の一端側に寄せて端子５ｂを突出させ、対向導電膜８の端部８ａからはその延在方向の他端側に寄せて端子８ｂを突出させている。

接続用フレーム１５Ｂは、同図（ａ）に示すように、端子５ｂと端子８ｂとのそれぞれに接続させる配線導体１９Ａ，１９Ｂを、一の保持フレーム１７Ａに互いに間隔を空けて平行に埋設させている。そして、埋設された配線導体１９Ａ，１９Ｂから、それぞれ太陽電池１を固定する領域Ｓに向けて互いに間隔を空けて接続端子１８Ａ，１８Ｂを突出させている。

この際、一方の配線導体１９Ａから突出する接続端子１８Ａは、各太陽電池１を固定する領域Ｓにおいて、保持フレーム１７の長手方向（太陽電池１，１間方向）の一端側寄りに突出させており、他方の配線導体１９Ｂから突出する接続端子１８Ｂは、各太陽電池１を固定する領域Ｓにおいて、保持フレーム１７の長手方向の他端側寄りに突出させ、配線導体１９Ａ，１９Ｂ間で短絡しないようになっている。
なお、本構成において、保持フレーム１７Ｂは太陽電池１，１・・を補強的に固定する役割を果たしている。

以上の構成により、図３（ａ）に示すように、太陽電池１に保持フレーム１７Ａ，１７Ｂを装着させることにより、各太陽電池１の図３（ｃ）に示す集電配線５の端子５ｂを配線導体１９Ａの接続端子１８Ａに接続させ、各太陽電池１の図３（ｃ）に示す対向導電膜８の端子８ｂを配線導体１９Ｂの接続端子１８Ｂに接続させて、太陽電池１，１・・を並列接続し電気モジュールＭとすることができ、この場合にも、上記第１の実施態様と同様の作用機能及び効果を得ることができる。

（第３の実施態様）
次に、図４（ａ），（ｂ）を用いて本発明の第３の実施態様の接続用フレーム１５Ｃについて説明する。本発明において、第１及び第２の実施態様と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。
図４（ａ）に示すように、第３の実施態様の接続用フレーム１５Ｃは、配線導体１９が太陽電池１を固定する定位置Ｓの一端側から隣り合う定位置Ｓの他端側に架かるように設けられている。

一方、太陽電池１は、図３（ｃ）に示す第２の実施態様と同様に、第１電極６と第２電極１０とを、端部５ａと端部８ａとが太陽電池１の同じ端縁側を向くように貼着させ、その上で、集電配線５の端部５ａからその延在方向の一端側に寄せて端子５ｂを突出させ、対向導電膜８の端部８ａからはその延在方向の他端側に寄せて端子８ｂを突出させている。

以上の構成からなる接続用フレーム１５Ｃに太陽電池１を溝１６の延在方向に直交する方から又は溝１６の延在方向にスライドさせるように装着することにより、配線導体１９が隣り合う太陽電池１，１の端子５ｂと端子８ｂとを接続することができるため、太陽電池１を極めて容易に直列接続し、電気モジュールＭとすることができるという効果が得られる。

また、第１及び第２の実施態様の接続用フレーム１５Ａ，１５Ｂと同様に、接続用フレーム１５Ｃに保持された太陽電池１のうちのいずれかに不具合が生じた場合、当該太陽電池１を接続用フレーム１５Ｃから取り外して、不具合のない他の太陽電池１と極めて簡単に交換することができる等、第１及び第２の実施形態の接続用フレーム１５Ａ，１５Ｂと同様の効果が得られる。

このように、第１の実施態様から第３の実施態様の接続用フレーム１５Ａ〜１５Ｃを用いれば、太陽電池１を極めて容易に直列又は並列接続するとともに、簡便に着脱することができることを説明したが、本発明の接続用フレームは、上記に説明した電気モジュールＭに限定されるものではなく、複数の太陽電池１，１を保持して固定する保持フレーム１７を有し、配線導体１９が太陽電池１の各電極に接触して電気的な接続がとれるものであれば、どのようなものであってもよい。

例えば、図５（ａ）に示すように、保持フレーム１７は、一方向に貫通する溝１６を形成したものではなく、太陽電池１の端部を嵌着可能な嵌合凹所（溝）２１を形成して太陽電池１を嵌合凹所２１の延在方向に対して直交する方向から装着可能とし、嵌合凹所２１内に配線導体１９の接続端子１８を突出させたものであってもよい。この場合、嵌合凹所２１は、保持フレーム１７の延在方向における太陽電池１の位置決めを確実にすることができ、接続端子１８と端部５ａ，８ａとの位置決めも的確に行うことができる。

また、接続用フレーム１５Ａ〜１５Ｃは、図１〜図４に示した太陽電池１に限定して用いられるものではなく、図５（ｂ）に示すように集電配線５を備えずに第１電極６側の透明導電膜３の端部３ａを端子とした太陽電池１、その他入出力端子を基板から上記各実施態様と同様に突出させたＬＥＤその他の光電変換素子にも好適に適用することができる。

また、上記各実施態様で説明した接続用フレーム１５Ａ〜１５Ｃは、図６に示すように、複数の接続用フレーム１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのいずれか（すなわち複数対の各保持フレーム１７，１７）を連結させることができるようにした光電変換素子１の接続用部材４５として用いられるものであってもよい。

すなわち、保持フレーム１７の一端部１７ａに他の保持フレーム１７の他端部１７ｂを連結して固定するための適宜の嵌合部２５又は被嵌合部２６を設けるとともに同他端部１７ｂに被嵌合部２６又は嵌合部２５を設け、保持フレーム１７の一端部１７ａと他の保持フレーム１７の他端部１７ｂとを連結させ、接続用フレーム１５Ａ，１５Ａ（他の実施形態又はその変形例による接続用フレームでも同様。）間でも配線導体１９同士が接合し、電気的接続を図れるようにしたものであってもよい。

また、このように接続用フレーム１５Ａ，１５Ａ同士（他の実施形態又はその変形例による接続用フレームでも同様）で連結可能となっている場合には、保持フレーム１７は、一つの光電変換素子１を装着させるようになっているものであってもよい。この場合には、接続用フレーム１５Ａを備えた光電変換素子１を１つのピースとして、連結させる個数等の自由度を高めて光電変換素子１を電気的に接続させつつ連結することができるという効果が得られる。

また、保持フレーム１７の構成についても、第１から第３の実施形態で示した構成のものに限定されるものではなく、保持フレーム１７に光電変換素子１を嵌合させる嵌合部を備え、この嵌合部に光電変換素子１を嵌合させることによって端部５ａ，端部８ａのそれぞれと接触するように、嵌合部に配線導体１９が設けられていればどのような構成のものであってもよい。

具体的には、例えば図７に示すように、保持フレーム１７は、嵌合凹所３０の形成方向に沿って延在する長尺な平板状の配線導体１９Ａ，１９Ｂが互いに対向するように嵌合凹所３０を形成する壁部３１，３２に配され、光電変換素子１が装着された際に端部５ａ，８ａ又は図３（ｂ）に示す端子５ｂ，端子８ｂに対向する位置に突起状の接続端子１８Ａ，１８Ｂが形成されたものであってもよい。

そして、このような保持フレーム１７に挿入させる光電変換素子１としては、第１電極６の内面側に配された集電配線５を延出させて一の基板２の表面側に回りこむようにして這わせ、第２電極１０の内面側の対向導電膜８に導電テープ等の導電材料４０を配し、この導電材料を他の基板７の表面側に回り込ませて貼着させたものを好適に用いることができる。

また或いは、図８に示すように、保持フレーム１７Ａ（１７Ｂ）の嵌合凹所３５は、光電変換素子１の端部５ａ（８ａ）側の断面形状に合わせて形成されていてもよい。

このように保持フレーム１７Ａ（１７Ｂ）を形成することにより、嵌合凹所３５によって光電変換素子１を好適にガイドすることができるという効果が得られる。

なお、この場合、図示しないが、光電変換素子１の端部５ａの形状と端部８ａ形状とを異ならせ、これに対し保持フレーム１７Ａ，１７Ｂの嵌合凹所３５を端部５ａ及び端部８ａのそれぞれの形状に合わせて形成することにより、保持フレーム１７Ａ，１７Ｂに対する光電変換素子１の誤装着を防止することができるようにしてもよい。

また、配線導体１９又は配線導体１９Ａ，１９Ｂとしては、図９（ａ），（ｂ）に示すように、一方向に延在する長尺な導電性を有する平板部材を用い、その一部にスリット３６又は切欠３７を形成し、平板部材の一部をその板面方向に突出するように折曲させて弾性変形可能な板バネ状の接続端子１８を形成したものを用いてもよい。
このような配線導体１９を上記第１〜第３の実施形態の溝１６（図２〜図４，図６参照）又はこれらの変形例の嵌合凹所３０，３５（図７，図８参照）に配することにより、板バネ状の接続端子１８により端部５ａ（８ａ）（図１，図２等参照）又は端子５ｂ（８ｂ）（図３等参照）を押圧しながら確実に導通を図ることができるという効果が得られる。
なお、第１から第３の実施態様及びこれらの変形例で示した一対の保持フレーム１７，１７は、これらの間に連結箇所を有し、接続用フレームとして一体とされたものであってもよい。

１ 太陽電池（光電変換素子）
１５ 光電変換素子の接続用フレーム
１６ 溝
１７ｔ 内壁
１７ 保持フレーム
１９ 配線導体
２０ 位置決め用凸部（係止部）
４５ 光電変換素子の接続用部材
Ｍ 電気モジュール
Ｓ 定位置

Claims (5)

1. 複数の光電変換素子に装着され、これらの複数の光電変換素子同士を電気的に接続する光電変換素子の接続用フレームにおいて、
   一又は複数の前記光電変換素子を固定する絶縁性を有する保持フレームと、
   この保持フレームに設けられ、前記光電変換素子の電極に接続される配線導体とを備えていることを特徴とする光電変換素子の接続用フレーム。
2. 前記保持フレームは、各光電変換素子を係止させる係止部を有し、前記光電変換素子を前記保持フレームの定位置に固定させるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の接続用フレーム。
3. 互いに対向配置される一対の前記保持フレームが備えられ、これら一対の保持フレームの対向する内面に前記光電変換素子を嵌着可能な溝が形成され、この溝を形成する内壁に配線導体が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素子の接続用フレーム。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の保持フレームを複数備え、各保持フレームが互いに連結されて各配線導体が電気的に接続されることを特徴とする光電変換素子の接続用部材。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の接続用フレーム又は接続用部材が前記複数の光電変換素子に装着された電気モジュール。

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