JP2015076446A - 太陽電池セル - Google Patents

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由佳 伊藤
Yuka Ito
由佳 伊藤
福富 隆広
Takahiro Fukutomi
隆広 福富
堀内 猛
Takeshi Horiuchi
猛 堀内
竹村 賢三
Kenzo Takemura
賢三 竹村
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Abstract

【課題】TAB線と電極との接続に絶縁性接着フィルムを用いて、十分な発電力を得ることができる太陽電池セルを提供する。【解決手段】太陽電池セル100は、第1面21及び第2面22のそれぞれに複数のフィンガー電極3,6が配置され、フィンガー電極3,6に絶縁性接着フィルム5を介してTAB線4が接続されており、絶縁性接着フィルム5の接続前の膜厚Dは、フィンガー電極3,6の第1面21及び第2面22それぞれからの高さH1,H2以上で、且つ当該高さH1,H2の1.8倍以下である。【選択図】図4

Description

本発明は、太陽電池セルに関するものである。
従来、太陽電池は、TAB線と電極とをはんだを用いて接続していた。しかし、TAB線と電極との接続の際の高温やはんだの体積収縮により、作製された太陽電池モジュールにおいてセルの特性が劣化したり、割れ・反りが発生したりするおそれがあった。そのため、はんだ接続よりも低温での接続が可能な導電性接着フィルムを用いた接続方法が提案されている。導電性接着フィルムとしては、例えば、特許文献1及び2に記載されたものが知られている。
特開2007−262412号公報 特開2001−49228号公報
近年、太陽電池部材においては、コストの低減が求められている。上記の導電性接着フィルムは、導電粒子を含むため、コストが割高である。そこで、導電粒子を含まない絶縁性接着フィルムでTAB線と電極とを接続させることを検討した。しかしながら、太陽電池セルの表面及び裏面においてTAB線が配置される位置に、例えばAgからなる電極(バスバー電極)が形成された太陽電池セルでは、絶縁性接着フィルムを用いた場合、接続不良により発電力が低下するおそれがある。
本発明は、TAB線と電極との接続に絶縁性接着フィルムを用いて、十分な発電力を得ることができる太陽電池セルを提供することを目的とする。
本発明に係る太陽電池セルは、互いに対向する第1面及び第2面のそれぞれに複数のフィンガー電極が互いに平行に離間して配置され、フィンガー電極に絶縁性接着フィルムを介してTAB線が接続される太陽電池セルであって、絶縁性接着フィルムの接続前の膜厚は、フィンガー電極の第1面及び第2面それぞれからの高さ以上であり、且つ当該高さの1.8倍以下であることを特徴とする。
この太陽電池セルでは、絶縁性接着フィルムの接続前の膜厚がフィンガー電極の第1面及び第2面それぞれからの高さ以上で、且つ、当該高さの1.8倍以下である。これにより、フィンガー電極の高さ分の凹凸表面に、絶縁性接着フィルムを介してTAB線を貼り付けるときに、絶縁性接着フィルムの絶縁性接着剤をフィンガー電極により形成される凹部に充填するに十分な量を確保できる。これにより、太陽電池セルとTAB線の接着力を期待通り得られ、TAB線を十分な強度で接続することができる。また、絶縁性接着フィルムの接続前の膜厚を上記のように設定することにより、圧着されたときに、フィンガー電極が絶縁性接着フィルムを突き破ってTAB線と当接して電気的に接続される。したがって、太陽電池セルでは、太陽電池セルとTAB線との接続不良により発電力が低下することを抑制でき、十分な発電力を得ることができる。更には、太陽電池としての組立工程の歩留まり低下や長期安定な発電能力が提供される。
本発明によれば、TAB線と電極との接続に絶縁性接着フィルムを用いて、十分な発電力を得ることができる。
図1は、第1実施形態に係る太陽電池セルの第1面を示す平面図である。 図2は、図1の太陽電池セルの第2面を示す底面図である。 図3は、図1の太陽電池セルを複数接続した状態を示す斜視図である。 図4は、図3の概略側面図である。 図5は、接続前の絶縁性接着フィルムを示す側面図である。 図6は、第2実施形態に係る太陽電池セルの第1面を示す平面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る太陽電池セルの表面を示す平面図である。図2は、図1の太陽電池セルの第2面を示す底面図である。図3は、図1の太陽電池セルを複数接続した状態を示す斜視図である。図4は、図3の概略側面図である。
図1及び図2に示すように、太陽電池セル100は、複数が電気的に直列又は並列に接続されて1つの太陽電池モジュールを形成するものであり、基板2を有している。この基板2は略正方形状を呈しており、その四隅は円弧状となっている。基板2は、第1面21と、第2面22と、有し、第1面21と第2面22とは互いに対向している。基板2は、例えばSiの単結晶、多結晶、及び非結晶のうち少なくとも一つからなるものである。基板2は、第1面21側がn型半導体であってもよく、p型半導体であってもよい。基板2は、例えば、対向する2辺の距離が125mmとなっている。
図1に示すように、第1面21の表面には、複数本(例えば48本)の直線状のフィンガー電極3が、互いに平行に離間して配置されている。太陽電池セル100を複数接続して太陽電池モジュールを形成する際、このフィンガー電極3には、絶縁性接着フィルム5を介してTAB線4が接続される(図4参照)。図4に示すように、フィンガー電極3の第1面21の表面からの高さH1は、例えば10μm〜30μmとなっている。フィンガー電極3の線幅は、0.05mm〜0.2mmであることが好ましく、例えば、0.15mmとなっている。互いに隣接するフィンガー電極3の間隔は、例えば、2.55mmとなっている。
フィンガー電極3は、電気的導通を得ることができる公知の材料からなる。フィンガー電極3の材料としては、銀を含有したガラスペースト、接着剤樹脂に各種導電性粒子を分散した銀ペースト、金ペースト、カーボンペースト、ニッケルペースト、アルミニウムペースト、及び焼成や蒸着によって形成されるITOなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、導電性、安定性、及びコストの観点から、銀を含有したガラスペーストを用いることが好ましい。
接着領域SF,SFは、第1面21において絶縁性接着フィルム5,5が接着される領域を示している。接着領域SFの幅(すなわち、絶縁性接着フィルム5の幅)は、例えば、1.2mmとなっている。接着領域SF,SFの間隔は、例えば、62mmとなっている。
図2に示すように、太陽電池セル100の第2面22の表面には、複数本(例えば48本)の直線状のフィンガー電極6が、互いに平行に離間して配置されている。太陽電池セル100を複数接続して太陽電池モジュールを形成する際、このフィンガー電極6には、絶縁性接着フィルム5を介してTAB線4が接続される(図4参照)。フィンガー電極6の第1面21の表面からの高さH2は、フィンガー電極3と同様に、例えば10μm〜30μmとなっている。フィンガー電極6は、フィンガー電極3と同様の材料からなる。
接着領域SB,SBは、第2面22において絶縁性接着フィルム5が接着される領域を示しており、第1面21における接着領域SFと対応した位置となっている。接着領域SBの幅は、例えば、接着領域SFの幅と同様に1.2mmとなっている。接着領域SB,SBの間隔は、例えば、接着領域SF,SFの間隔と同様に62mm程度となっている。つまり、基板2において、第1面21と第2面22とは、同様の構成を有している。また、接着領域SBに接続されることとなるTAB線4の幅は、第1面21に接続されるTAB線の幅と同様に、例えば1.5mmとなっている。本実施形態では、バスバー電極を設けない構成を一例に説明しているが、接着領域SF,SBの一部にバスバー電極を設けない(接着領域SF,SBの一部にバスバー電極が設けられている)構成であってもよい。
図5は、接続前の絶縁性接着フィルムを示す側面図である。図4及び図5に示すように、絶縁性接着フィルム5の接続前の膜厚Dは、フィンガー電極3の第1面21からの高さH1、及び、フィンガー電極6の第2面22からの高さH2以上であり、且つ、その高さH1,H2の1.8倍以下である(H1,H2≦D≦1.8×H1,H2)。絶縁性接着フィルム5の幅は、特に制限はないが、TAB線4の幅と同等か、TAB線4の幅未満を用いる。幅が大きすぎると、TAB線4から樹脂がはみ出て、意匠性が悪化する。
絶縁性接着フィルム5は、仮支持体となる基材に積層される。基材としては、強度及び絶縁性接着フィルムの剥離性の面からOPP(延伸ポリプロピレン)、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン処理したPET(ポリエチレンテレフタレート)などを用いるが、これらに制限するものではない。絶縁性接着フィルム5は、樹脂バインダーを含む。
上記樹脂バインダーとしては、接着性を示すものであれば特に限定されないが、接続性を一層高める観点から、熱硬化性樹脂を含有する樹脂組成物であることが好ましい。
熱硬化性樹脂としては、公知のものを用いることができ、例えばエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、接続信頼性をさらに向上させる観点から、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる1種以上の熱硬化性樹脂が好ましい。
また、接着剤成分としての樹脂組成物は、上記の熱硬化性樹脂以外に任意成分として、公知の硬化剤及び硬化促進剤を含有してもよい。
また、この樹脂組成物は、被接着体に対する接着性及び濡れ性を改善するために、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤などの改質材料を含有してもよい。さらに、この樹脂組成物は、弾性率やタック性を制御するために、アクリルゴム、シリコンゴム、ウレタンなどのゴム成分を含有してもよい。
絶縁性接着フィルム5には、必要に応じて、例えば、増量剤、軟化剤(可塑剤)、粘接着性向上剤、酸化防止剤(老化防止剤)、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤、難燃剤、有機溶媒などの各種添加剤の1種又は2種以上が併用されてもよい。
TAB線4としては、特に限定されない。具体的には、厚さ0.1mm〜0.4mmで、幅が0.5mm〜10.0mmの銅を主とするリボンの表面を、有鉛はんだや無鉛はんだ、銀、錫などで被覆してあるTAB線などを用いることができる。また、表面の形状を光拡散面とし、TAB線4に照射される太陽光線を拡散反射させ、太陽電池モジュールのガラスと大気の界面で、再起反射させるタイプのTAB線を用いることもできる。
このような太陽電池セル100は、図4に示すように、絶縁性接着フィルム5を介して配置されたTAB線4によって連結される。具体的には、接着領域SFに絶縁性接着フィルム5を配置し、さらにその上にTAB線4を配置する。そして、所定の熱圧着条件を接続装置に設定し、ステージ上の太陽電池セル100を下側熱圧着ヘッドと上側熱圧着ヘッドとによって挟み込むことにより、表裏同時に絶縁性接着フィルム5とTAB線4との熱圧着を行う。熱圧着条件としては、例えば、120〜200℃、1〜30秒間、0.1〜3MPaの条件が挙げられる。熱圧着により、フィンガー電極3,6が絶縁性接着フィルム5を突き破り、TAB線4と当接する。これにより、フィンガー電極3,6とTAB線4とが電気的に接続される。
絶縁性接着フィルム5とTAB線4との連結は、隣接する太陽電池セル100A,100Bのうち、一方の太陽電池セル100Aの第1面21側のフィンガー電極3と、他方の太陽電池セル100Bの第2面22側のフィンガー電極6をTAB線4で接続し、さらに隣接する太陽電池セル100B,100Cのうち、一方の太陽電池セル100Bの第1面21側のフィンガー電極3と、他方の太陽電池セル100Cの第2面22側のフィンガー電極6とをTAB線で接続し、これを繰り返すことで行われる。これにより、1列に配置された複数の太陽電池セル100が電気的に直列に接続される。このような列が、1列又は複数列設けられることで太陽電池モジュールが形成される。実用の際には、太陽電池モジュールを強化ガラスなどで挟みこむと共に、その間隙を透明な樹脂によって埋め、更に外部端子が設けられる。
以上説明したように、本実施形態では、絶縁性接着フィルム5の接続前の膜厚Dがフィンガー電極3,6の第1面21及び第2面22それぞれからの高さH1,H2以上で、且つ、当該高さH1,H2の1.8倍以下である。これにより、フィンガー電極3,6の高さ分の凹凸表面に、絶縁性接着フィルム5を介してTAB線4を貼り付けるときに、絶縁性接着フィルム5の絶縁性接着剤をフィンガー電極3,6により形成される凹部に充填するに十分な量を確保できる。これにより、太陽電池セル100とTAB線4の接着力を期待通り得られ、TAB線4を十分な強度で接続することができる。
また、絶縁性接着フィルム5の接続前の膜厚Dを上記のように設定することにより、圧着されたときに、フィンガー電極3,6が絶縁性接着フィルム5を突き破ってTAB線4と当接して電気的に接続される。したがって、太陽電池セル100では、太陽電池セル100とTAB線4との接続不良により発電力が低下することを抑制でき、十分な発電力を得ることができる。更には、太陽電池としての組立工程の歩留まり低下や長期安定な発電能力が提供される。
ここで、絶縁性接着フィルム5の膜厚DがH1,H2未満の場合、絶縁性接着フィルム5の接続後、フィンガー電極3,6により形成される凹部に絶縁性接着フィルム5を十分に充填できず、太陽電池セル100とTAB線4の接着力が十分得られない。接着力不足は、太陽電池としての組立工程の歩留まり低下につながる。
一方、絶縁性接着フィルム5の膜厚Dが1.8×H1,H2よりも大きい場合、TAB線4から樹脂がはみ出て、意匠性が悪化する。そこで、絶縁性接着フィルム5の膜厚Dをフィンガー電極3の第1面21及び第2面22それぞれからの高さH1,H2以上であり、且つ、その高さH1,H2の1.8倍以下とすることにより、意匠性を維持しつつ、フィンガー電極3,6により形成される凹部に絶縁性接着フィルム5を十分に充填でき、太陽電池セル100とTAB線4の接着力が十分得られる。
[第2実施形態]
続いて、第2実施形態について説明する。図6は、第2実施形態に係る太陽電池セルの第1面を示す平面図である。図6に示すように、太陽電池セル200の第1面21の表面には、バスバー電極8,8が配置されている。バスバー電極8,8は、フィンガー電極3の延在方向に直交する方向に沿って配置されている。具体的には、バスバー電極8,8は、互いに平行に離間して配置されており、第1面21において絶縁性接着フィルム5,5が接着される接着領域SF,SFに位置している。図6では、バスバー電極8,8が連続して設けられているが、バスバー電極8,8は、断続的に設けられていてもよい。
太陽電池セル200の第1面21と同様に、第2面22の表面には、バスバー電極8,8が配置されている。バスバー電極8,8は、互いに平行に離間して配置されており、第2面22において絶縁性接着フィルム5,5が接着される接着領域SB,SBに位置している。
バスバー電極8,8の線幅W1は、TAB線4の線幅W2(図中一点鎖線で示す)の1/2以下である(W1≦(W2)/2)。このような構成を有する太陽電池セル200において、絶縁性接着フィルム5の接続前の膜厚Dは、フィンガー電極3,6の第1面21及び第2面22それぞれからの高さH1,H2以上であり、且つ、その高さH1,H2の1.8倍以下である(H1,H2≦D≦1.8×H1,H2)。バスバー電極8,8の線幅W1の下限は、0.05mmであることが好ましい。
以上説明したように、本実施形態では、絶縁性接着フィルム5の接続前の膜厚Dは、フィンガー電極3,6の第1面21及び第2面22それぞれからの高さH1,H2以上であり、且つ、その高さH1,H2の1.8倍以下である。これにより、本実施形態では、バスバー電極8,8が配置されている場合であっても、TAB線4を十分な強度で接続することができ、且つ製造コストの増加を抑制することができる。
以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
<絶縁性接着フィルムの作製>
[絶縁性接着フィルム1]
フェノキシ樹脂(高分子量エポキシ樹脂)とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂(エポキシ当量185)の比率を30/70とし、これらを酢酸エチルに溶解させて、酢酸エチルの30%溶液を得た。
この液状材料を仮支持体(シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚さ38μm)にバーコータで塗布し、80℃で5分乾燥し、厚さ25μmの絶縁性接着フィルムと仮支持体の積層体を得た。その後、この積層体を1.2mm幅に裁断して、帯状の仮支持体上に絶縁性接着フィルム(厚さ25μm)を得た。
[絶縁性接着フィルム2]
フェノキシ樹脂(高分子量エポキシ樹脂)とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂(エポキシ当量185)の比率を30/70とし、これらを酢酸エチルに溶解させて、酢酸エチルの30%溶液を得た。
この液状材料を仮支持体(シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚さ38μm)にバーコータで塗布し、80℃で5分乾燥し、厚さ15μmの絶縁性接着フィルムと仮支持体の積層体を得た。その後、この積層体を1.2mm幅に裁断して、帯状の仮支持体上に絶縁性接着フィルム(厚さ15μm)を得た。
[絶縁性接着フィルム3]
フェノキシ樹脂(高分子量エポキシ樹脂)とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂(エポキシ当量185)の比率を30/70とし、これらを酢酸エチルに溶解させて、酢酸エチルの30%溶液を得た。
この液状材料を仮支持体(シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚さ38μm)にバーコータで塗布し、80℃で5分乾燥し、厚さ45μmの絶縁性接着フィルムと仮支持体の積層体を得た。その後、この積層体を1.2mm幅に裁断して、帯状の仮支持体上に絶縁性接着フィルム(厚さ45μm)を得た。
[参考例]
[導電性接着フィルム1]
フェノキシ樹脂(高分子量エポキシ樹脂)とマイクロカプセル型潜在性硬化剤を含有する液状エポキシ樹脂(エポキシ当量185)の比率を30/70とし、これらを酢酸エチルに溶解させて、酢酸エチルの30%溶液を得た。
この溶液に、2μm径のニッケル粒子を8質量%(液状導電材料全基量基準)添加し、混合分散し、液状導電材料を得た。この液状導電材料を仮支持体(シリコーン処理ポリエチレンテレフタレートフィルム、厚さ38μm)にバーコータで塗布し、80℃で5分乾燥し、厚さ25μmの導電性接着フィルムと仮支持体の積層体を得た。その後、この積層体を1.2mm幅に裁断して、帯状の仮支持体上に導電性接着フィルム(厚さ25μm)を得た。
(実施例1)
太陽電池セル(シリコン基板、156mm角、厚さ0.2mm、表面(第1面)・裏面(第2面)フィンガー電極高さ20μm、表面バスバー電極なし、裏面バスバー電極なし)と、TAB線(はんだめっき銅線、幅1.5mm、厚さ0.2mm)を、絶縁性接着フィルム1を介して挟み電気的に接続した。接続方法は、各材料を配置し、その後、圧着ツール(日化設備エンジニアリング社製、商品名「AC−S300」)を用いて、加熱温度180℃、加圧圧力2MPa、加熱・加圧時間10秒間の条件で、加熱及び加圧を施した。
接続した太陽電池の最大出力(Pmax)、曲線因子(FF)、エネルギー変換効率(η)を測定した。試験結果を表1に示す。
Figure 2015076446
(参考例1)
実施例1で用いたものと同じ太陽電池セルとTAB線を、導電性接着フィルム1を介して挟み電気的に接続した。接続方法は、各材料を配置し、その後、圧着ツールを用いて、加熱温度180℃、加圧圧力2MPa、加熱・加圧時間10秒間の条件で、加熱及び加圧を施した。接続した太陽電池の最大出力(Pmax)、曲線因子(FF)、エネルギー変換効率(η)を測定した試験結果を表1に示す。
(比較例1)
太陽電池セル(シリコン基板、156mm角、厚さ0.2mm、表面・裏面フィンガー電極高さ20μm、表面バスバー電極あり、裏面バスバー電極あり)と実施例1で用いたものと同じTAB線を、絶縁性接着フィルムを介して挟み電気的に接続した。接続方法は、各材料を配置し、その後、圧着ツールを用いて、加熱温度180℃、加圧圧力2MPa、加熱・加圧時間10秒間の条件で、加熱及び加圧を施した。接続した太陽電池の最大出力(Pmax)、曲線因子(FF)、エネルギー変換効率(η)を測定した試験結果を表2に示す。
Figure 2015076446
(比較例2)
比較例1で用いたものと同じ太陽電池セルとTAB線を、導電性接着フィルム1を介して挟み電気的に接続した。接続方法は、各材料を配置し、その後、圧着ツールを用いて、加熱温度180℃、加圧圧力2MPa、加熱・加圧時間10秒間の条件で、加熱及び加圧を施した。接続した太陽電池の最大出力(Pmax)、曲線因子(FF)、エネルギー変換効率(η)を測定した試験結果を表2に示す。
(比較例3)
比較例1で用いたものと同じ太陽電池セルとTAB線を、絶縁性接着フィルム2を介して挟み電気的に接続した。接続方法は、各材料を配置し、その後、圧着ツールを用いて、加熱温度180℃、加圧圧力2MPa、加熱・加圧時間10秒間の条件で、加熱及び加圧を施した。接続した太陽電池の最大出力(Pmax)、曲線因子(FF)、エネルギー変換効率(η)を測定した試験結果を表2に示す。なお、比較例3においては、PV特性に変化は見られなかったが、絶縁性接着フィルムの厚さを薄くすることによって、フィンガー電極間の樹脂の充填が不十分になり、接続不良がおこるため発電力の低下が懸念される。
(比較例4)
比較例1で用いたものと同じ太陽電池セルとTAB線を、絶縁性接着フィルム3を介して挟み電気的に接続した。接続方法は、各材料を配置し、その後、圧着ツールを用いて、加熱温度180℃、加圧圧力2MPa、加熱・加圧時間10秒間の条件で、加熱及び加圧を施した。接続した太陽電池の最大出力(Pmax)、曲線因子(FF)、エネルギー変換効率(η)を測定した試験結果を表2に示す。なお、比較例4においては、PV特性に変化は見られなかったが、絶縁性接着フィルムの厚さを厚くすることによってTAB線からの樹脂の染み出し量が多くなり、第1面(表面)が覆われているため発電力の低下が懸念される。
100,200…太陽電池セル、3,6…フィンガー電極、4…TAB線、5…絶縁性接着フィルム、21…第1面,22…第2面。

Claims (1)

  1. 互いに対向する第1面及び第2面のそれぞれに複数のフィンガー電極が互いに平行に離間して配置され、前記フィンガー電極に絶縁性接着フィルムを介してTAB線が接続される太陽電池セルであって、
    前記絶縁性接着フィルムの接続前の膜厚は、前記フィンガー電極の前記第1面及び前記第2面それぞれからの高さ以上であり、且つ当該高さの1.8倍以下であることを特徴とする太陽電池セル。
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