JP2016004980A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池100と、前記太陽電池と他の太陽電池とを電気的に接続させる配線材34と、を備える太陽電池モジュールであって、太陽電池は、光電変換部50と、光電変換部の受光面側に集電極7と、裏面側に裏面電極8と、を有し、集電極は、光電変換部側から順に、第一集電極71と第二集電極72を有する。第一集電極と第二集電極の表面粗さがRa1<Ra2、Ra1=1〜10μmを満たす。裏面電極は、太陽電池側から順に、第一裏面電極81と第二裏面電極82をこの順に有する。第二集電極と第二裏面電極は同一の導電材料を主成分とする。配線材は、芯材341と芯材の表面を覆う導電体342から構成されていることが好ましい。太陽電池の集電極と配線材の導電体とが接続され、裏面電極と他の配線材の導電体とが接続されている。
【選択図】図1
Description
光電変換部50表面の光入射側表面上には、第一集電極71、第二集電極72を含む集電極7が形成されている。
本発明において、Ra1<Ra2とする方法としては、第二集電極の形成条件を調整する方法、第二集電極表面を機械的研磨により調整する方法などが挙げられる。
裏面側透明電極層6b上には第一裏面電極81、第二裏面電極82を含む裏面電極8が形成されている。第一裏面電極81としては、近赤外から赤外域の反射率が高く、かつ導電性や化学的安定性が高い材料を用いることが望ましい。このような特性を満たす材料としては、銀やアルミニウム等が挙げられる。第一裏面電極81の製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法や真空蒸着法等の物理気相堆積法や、スクリーン印刷等の印刷法等が適用可能である。
本発明の太陽電池は、実用に供するに際して、例えば図3(a)に示すように、モジュール化される。太陽電池のモジュール化は、適宜の方法により行われる。例えば、集電極に配線部材が接続されることによって、複数の太陽電池セルが直列または並列に接続され、封止材およびガラス板により封止されることによりモジュール化が行われる。
本発明においては、太陽電池として結晶シリコン系太陽電池を用いることが好ましい。本実施形態の太陽電池2は、ヘテロ接合結晶シリコン太陽電池(以下、ヘテロ接合太陽電池ともいう)を採用している。
第一集電極71は、導電性を有するものを用いることができるが、例えば第二集電極をめっき法により形成する場合、導電性下地層として機能し得る程度の導電性を有していればよい。なお、本明細書においては、体積抵抗率が10−2Ω・cm以下であれば導電性であると定義する。また、体積抵抗率が、102Ω・cm以上であれば、絶縁性であると定義する。
第二集電極は、第一集電極71を導電性下地層としてめっき法により形成することが好ましい。第二集電極は、無電解めっき法、電解めっき法のいずれでも形成され得るが、生産性の観点から、電解めっき法を用いることが好適である。電解めっき法では、金属の析出速度を大きくすることができるため、第二集電極を短時間で形成することができる。この際、第二集電極として析出させる金属は、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム等、あるいはこれらの混合物を用いることができる。
光電変換部の一主面側には、絶縁層9が形成される。ここで、第一集電極71が所定のパターン(例えば櫛形)に形成された場合、光電変換部の表面上には、第一集電極が形成されている第一集電極形成領域と、第一集電極が形成されていない第一集電極非形成領域とが存在する。
上記のように、開口部9hを有する絶縁層9が形成された後、第一集電極形成領域の絶縁層9上に第二集電極72がめっき法により形成される。この際、第二集電極として析出させる金属は、めっき法で形成できる材料であれば特に限定されず、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム等、あるいはこれらの混合物を用いることができる。
第一集電極、第二集電極の表面を、キーエンス社製のレーザー顕微鏡VK−8510を用いて、JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997に対応)に基づいて、表面粗さRaを測定した。
印刷ペーストの粘度は、株式会社ブルックフィールド社製の回転式粘度計により、溶液温度25℃回転速度10rpmで測定した。
実験例1のヘテロ接合太陽電池を、以下のようにして製造した。
第一集電極71形成用印刷ペーストの導電材料の導電材料径、第一の第二集電極の印加電流、時間が表1に示すように変更された点を除いて、実験例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
低融点材料としてSnBi金属粉末(融点T1=141℃)と、高融点材料として銀粉末(粒径DH=2〜3μm、融点T2=971℃)と20:80の重量比で含む、導電性材料を用い、また第一集電極71形成用印刷ペーストの粘度、低融点材料径、および第二集電極めっき時の印加電流、時間が表1に示すように変更された点を除いて、実験例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
裏面電極として、第一裏面電極81と第一の第二裏面電極821のみが形成された点を除いて、実験例3と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
第一集電極形成用の印刷ペーストとして、低融点材料を含まない銀ペースト(すなわち金属材料粉末と銀粉末との比率を0:100としたもの)が用いられた点を除いて、実験例3と同様にして第一集電極(銀電極)71の形成までが行われた。その後、絶縁層形成工程、アニール工程、第二集電極形成工程のいずれも実施せず、この銀電極を集電極とするヘテロ接合太陽電池が作製された。ここで、裏面電極は第一裏面電極の銀のみを形成した構造とした。
第二集電極の印加電流、時間が表1に示すように変更され、さらに裏面電極として、第一裏面電極81と第一の第二裏面電極821のみが形成された点を除いて、実験例1と同様にしてヘテロ接合太陽電池が作製された。
各実験例のヘテロ接合太陽電池セルの太陽電池特性の測定を行った。また、実験例8に示す方法において作製した太陽電池セルにおける太陽電池特性評価結果を基準(1.0)とし、各実験例に係る太陽電池セルにおける太陽電池特性(セル性能)の評価結果を比較する事により、出力の相関を評価した。
めっき前後の集電極の表面粗さと、該集電極と配線部材とを合金半田にて接続した際の剥離強度との関係を検証した。
各実験例に係る太陽電池モジュールにおいて、JIS C 8917に従い、温度サイクル試験を実施した。具体的には、温度サイクル試験を実施する前のモジュール出力と、温度サイクル試験を実施した後のモジュール出力を比較する事により、出力の相関を評価した。また各実験例において作製した太陽電池モジュールにおける温度サイクル試験前の出力を各々1とし、温度サイクル試験実施後の出力すなわち、サイクル試験前後の保持率(モジュール性能)を比較する事により、出力の相関を評価した。保持率は、95%以上を合格とした。
実験例2と3を比較すると、第一集電極のRa1は3.5μmと3.2μmとほぼ同程度であるのに対し、第二集電極をめっきにより形成する際の印加電流が大きい実験例3の方がRa2=5.2μmとなり、Ra2=0.9μmの実験例2よりも大きくなった。またそれに伴い、剥離強度も大きくなり、結果としてサイクル試験後のモジュール性能が向上した。これにより、めっきの際の印加電流等、めっき条件を適宜調整することにより、第二集電極の表面粗さを調整することができることがわかる。さらに、実験例1〜6を比較すると、第二集電極のめっき条件を同じにした場合、その下地となる第一集電極のRa1が大きくなるにつれて、その上に形成される第二集電極の表面粗さ(Ra2’およびRa2)が大きくなることがわかる。
以上より、第二集電極を形成する際のめっき条件や、下地となる層の表面粗さを調整することにより、第二集電極の表面粗さを所望の範囲に調整できると考えられる。
2.真性シリコン系薄膜
3.導電型シリコン系薄膜
6.透明電極層
7.集電極
71.第一集電極
711.低融点材料
72.第二集電極
721.第一の第二集電極
722.第二の第二集電極
8.裏面電極
81.第一裏面電極
82.第二裏面電極
821・第一の第二裏面電極
822.第二の第二裏面電極
9.絶縁層
9h.開口部
34.配線部材
341.芯材
342.導電体
343.導電性接着剤
200.太陽電池モジュール
201.受光面側保護材
202.裏面側保護材
203.封止材
Claims (10)
- 太陽電池と、前記太陽電池と他の太陽電池とを電気的に接続させる配線材と、を備える太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の受光面側に集電極と、前記光電変換部の裏面側に裏面電極と、を有し、
前記集電極は、光電変換部側から順に、第一集電極および第二集電極を有し、かつ前記第一集電極および第二集電極の表面粗さを各々、Ra1およびRa2としたとき、Ra1<Ra2、Ra1=1〜10μmを満たし、
前記裏面電極は、太陽電池側から順に、第一裏面電極および第二裏面電極をこの順に有し、
前記第二集電極と第二裏面電極は、同一の導電材料を主成分とし、
前記配線材は、芯材と、前記芯材の表面を覆う導電体とから構成されており、
前記太陽電池の集電極と前記配線材の導電体とが接続され、前記太陽電池の裏面電極と他の配線材の導電体とが接続されている、太陽電池モジュール。 - 前記第二集電極は、前記光電変換部側から順に、第一の第二集電極と第二の第二集電極とを有し、
前記第二裏面電極は、前記光電変換部側から順に、第一の第二裏面電極と第二の第二裏面電極とを有し、
前記第二の第二集電極と第二の第二裏面電極は、同一の導電材料を主成分とする、請求項1に記載の太陽電池モジュール。 - 前記第二集電極が前記配線材の導電体と接し、前記第二裏面電極は、前記他の配線材の導電体と接する、請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電材料と前記配線部材の導電体は、いずれも錫を主成分とする、請求項1〜3いずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第一集電極と第二集電極の間に、開口部を有する絶縁層を有し、
前記第二集電極は、絶縁層の開口部を通じて第一集電極に導通されている、請求項1〜4いずれか記載の太陽電池モジュール。 - 請求項1〜5の太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記光電変換部の受光面側に集電極を形成する集電極形成工程と、
前記光電変換部の裏面側に裏面電極を形成する裏面電極形成工程を有し、
前記集電極形成工程は、前記光電変換部側から、第一集電極を形成する工程と、第二集電極を形成する工程をこの順に有し、
前記裏面電極形成工程は、前記光電変換部側から、第一裏面電極を形成する工程と、第二裏面電極を形成する工程をこの順に有する、太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記第二集電極形成工程は、前記光電変換部側から、第一の第二集電極を形成する工程と、第二の第二集電極を形成する工程を有する、請求項6に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記裏面電極形成工程は、前記光電変換部側から、第一の第二裏面電極を形成する工程と、第二の第二裏面電極を形成する工程を有する、請求項6または7に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記第二集電極と第二裏面電極がめっき法により形成される、請求項6〜8いずれか1項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記第二集電極と第二裏面電極が同時に形成される、請求項6〜9いずれか1項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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