JP2018037526A - 接続部付太陽電池セル及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
これらの太陽電池の裏面にはアルミニウムを使用することができ、特に裏面シリコン上または絶縁膜上にアルミニウム以外の金属部分が存在する場合、その金属部分はシリコンとアルミニウムの反応が得られない。このため、変換効率の点で裏面の全体にアルミニウムを使用することが好ましい。
通常、インターコネクタを使用して複数の太陽電池セルを連結する場合、インターコネクタの一端側を太陽電池セルの表面バスバー銀電極に接続し、他一端側を隣接する太陽電池セルの裏面バスバー銀電極に接続し、上記接続した部分がインターコネクタが有する半田によって融着して上記インターコネクタと上記各銀電極とが接合して、各太陽電池セルはインターコネクタで直列に連結され、太陽電池モジュールが形成される。
上記のように形成された太陽電池モジュールは、例えば、ガラス、透明性プラスチック、透明性フィルム、エチレン酢酸ビニル共重合体などの透明な封止材により封止され、太陽電池として使用される。
このようななか、本発明者らは特許文献1及び2を参考にして樹脂組成物を調製しこれを用いてインターコネクタとアルミニウム電極との接続性(上記接続性は、インターコネクタとアルミニウム電極との接着性、又は、インターコネクタとアルミニウム電極との通電性を意味する。以下同様)を評価したところ、このような樹脂組成物は接続性が低い場合があることを知見した。
そこで、本発明は裏面アルミニウム電極とインターコネクタとの接続性に優れる、接続部付太陽電池セル及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明は上記知見等に基づくものであり、具体的には以下の構成により上記課題を解決するものである。
太陽電池セルが、表面電極と光電変換部と裏面アルミニウム電極とを有し、
インターコネクタが、第1の太陽電池セルの表面電極と第2の太陽電池セルの裏面アルミニウム電極とを接続し、
裏面アルミニウム電極は、接続部を介してインターコネクタと接続し、
接続部は、導電性樹脂組成物の硬化物であり、
導電性樹脂組成物は、フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及び、エポキシ当量が3,000g/当量以上であるエポキシ樹脂aからなる群から選ばれる少なくとも1種の、1分子中に水酸基を複数有する樹脂A、
ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤B、並びに、
導電粒子を含有し、
上記硬化剤Bの含有量が、樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である、太陽電池モジュール。ただし、上記エポキシ樹脂bは上記エポキシ樹脂aを含まない。
2. 導電粒子が銀である、上記1に記載の太陽電池モジュール。
3. 硬化物において、導電粒子の含有量が、硬化物の全量の70〜95質量%である、上記1又は2に記載の太陽電池モジュール。
4. ブロックイソシアネートを構成するイソシアネートが、脂肪族ポリイソシアネートである、上記1〜3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 太陽電池セルの裏面の全面が、アルミニウム電極である、上記1〜4のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. フェノキシ樹脂の重量平均分子量が、6,000〜100,000である、上記1〜5のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 表面電極が、銀電極である、上記1〜6のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
8. 導電性樹脂組成物において、樹脂Aの含有量が、導電粒子100質量部に対して、3〜20質量部である、上記1〜7のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
9. エポキシ樹脂aが、ビスフェノールのエポキシ樹脂である、上記1〜8のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
10. エポキシ樹脂bのエポキシ当量が、1,000g/当量以下である、上記1〜9のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
11. 表面電極と光電変換部と裏面アルミニウム電極とを有する太陽電池セルと、
太陽電池セルの裏面アルミニウム側の表面に、インターコネクタと裏面アルミニウム電極とを接続させるための接続部とを有し、
接続部が、導電性樹脂組成物の硬化物であり、
導電性樹脂組成物は、
フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及び、エポキシ当量が3,000g/当量以上であるエポキシ樹脂aからなる群から選ばれる少なくとも1種の、1分子中に水酸基を複数有する樹脂A、
ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤B、並びに、
導電粒子を含有し、
上記硬化剤Bの含有量が、樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である、接続部付太陽電池セル。ただし、上記エポキシ樹脂bは上記エポキシ樹脂aを含まない。
なお、本明細書において、(メタ)アクリルはアクリルまたはメタクリルを表す。
また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、特に断りのない限り、各成分はそれに該当する物質をそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。成分が2種以上の物質を含む場合、成分の含有量は、2種以上の物質の合計の含有量を意味する。
本発明は添付の図面に制限されない。また、本発明の実施の形態では、PERC型太陽電池セルを例に挙げて説明するが、本発明はPERC型太陽電池セルに限定されない。
本発明の太陽電池モジュール及び本発明の接続部付太陽電池セルを合わせてこれを本発明と称する場合がある。
本明細書において、インターコネクタとアルミニウム電極との接続性に優れることを単に接続性に優れるということがある。
本発明の接続部付太陽電池セル(本発明の太陽電池セル)は、
表面電極と光電変換部と裏面アルミニウム電極とを有する太陽電池セルと、
上記太陽電池セルの上記裏面アルミニウム側の表面に、インターコネクタと上記裏面アルミニウム電極とを接続させるための接続部とを有し、
接続部が、導電性樹脂組成物の硬化物であり、
導電性樹脂組成物は、
フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及び、エポキシ当量が3,000g/当量以上であるエポキシ樹脂aからなる群から選ばれる少なくとも1種の、1分子中に水酸基を複数有する樹脂A、
ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤B、並びに、
導電粒子を含有し、
上記硬化剤Bの含有量が、樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である、接続部付太陽電池セルである。
ただし、本発明の太陽電池セルにおいて、上記エポキシ樹脂bは前記エポキシ樹脂aを含まない。
本発明において、導電性樹脂組成物中の硬化剤Bの含有量が従来よりも少ないことによって、上記導電性樹脂組成物の硬化物は樹脂A由来の水酸基(ヒドロキシ基)を従来よりも多く有することができ、上記ヒドロキシ基が裏面アルミニウム電極との接着に寄与すると考えられる。
また、導電性樹脂組成物中の硬化剤Bの含有量が少ないことによって、樹脂Aとブロックが外れた後のイソシアネートとの架橋点の従来よりも少なくなり、得られる硬化物に柔軟性が付与されると考えられる。
以上のことから、本発明は接続性に優れると本発明者らは推察する。
以下、本発明について添付の図面を参照しながら詳述する。
図4において、本発明の接続部付太陽電池セル70は、太陽電池セル50と接続部82とを有する。
太陽電池セル50は、表面電極15、光電変換部10及び裏面アルミニウム電極60を有する。
表面電極15は、複数のバスバー電極20及びフィンガー電極30を有する。
光電変換部10は、p型シリコン半導体基板36と、p型シリコン半導体基板36の上に、n型不純物層34と、反射防止膜又は表面パッシベーション層32(以下これを単に反射防止膜32と称することがある。)を有する。光電変換部10は、p型シリコン半導体基板36の下に、開口部37と裏面パッシベーション層38とを有する。
バスバー電極20は反射防止膜32を貫通して、n型不純物層34と導通する。
光電変換部10と裏面アルミニウム電極60とは開口部37を介して電気的に接続される。
なお、本明細書において、太陽電池セルにおいて光が入射する面を太陽電池セルの表側と称し、太陽電池セルにおいて光が入射する面とは反対側の面を太陽電池セルの裏側と称することがある。
表面電極は太陽電池セルの表側にあり、裏面アルミニウム電極は太陽電池セルの裏側にある。
本発明の接続部付太陽電池セルが、接続部を、材料としての太陽電池セルの裏面アルミニウム側の表面に有することは、つまり、上記接続部が材料としての太陽電池セルの裏面にあることを意味する。
本発明の接続部付太陽電池セルに使用される材料としての太陽電池セルは、表面電極と光電変換部と裏面アルミニウム電極とを有する。光電変換部は、光入射により光生成キャリアを発生する。表面電極及び裏面アルミニウム電極は、光電変換部で発生した光生成キャリアを取り出すための正負1対の電極である。
本発明において、表面電極は、太陽電池セルの光電変換部の受光面の上にある電極である。表面電極としては、例えば、フィンガー電極、バスバー電極が挙げられる。
図2において、太陽電池セル50の光電変換部10の受光面上には、光電変換部10が生成する電気を集電するフィンガー電極30と、複数のフィンガー電極30に接続されたバスバー電極20とが形成されている。
複数の直線状のフィンガー電極30は、互いに平行に、光電変換部10の表面に均一な間隔で配置される。
バスバー電極20は、フィンガー電極30に対して垂直な方向に配置され、複数のフィンガー電極30が収集した電流を更に集電する。
フィンガー電極は光電変換部の光入射面のほぼ全域にわたって配置することができる。フィンガー電極は、例えば100μm以下の幅、好ましくは40〜80μmの幅を有するライン状の電極を2mm前後おきに配置することができる。
表面電極は、例えば、セルロース系の樹脂及びガラスフリット(粉末状のガラス)を含む銀ペーストを光電変換部の表面に塗布し、700〜900℃の条件下で焼結させることにより形成することができる。
本発明において、光電変換部は特に制限されない。例えば、上記太陽電池セルが有する光電変換部と同様のものが挙げられる。
光電変換部としては具体的には例えば、厚みが180〜250μmのp型シリコン半導体基板(p型を与える不純物がドープされたシリコン層)と、上記p型シリコン半導体基板の受光面側(p型シリコン半導体基板の上)に、厚みが0.3〜0.6μmのn型不純物層(n型を与える不純物がドープされたシリコン層)と、上記n型不純物層の上に、反射防止膜(又は表面パッシベーション層)とを有する光電変換部が挙げられる。
反射防止膜としては、例えば、窒化シリコン膜が挙げられる。
図3において、太陽電池セル50は、表面電極15、光電変換部10及び裏面アルミニウム電極60を有する。太陽電池セル50、表面電極15、光電変換部10及び裏面アルミニウム電極60は図4と同様である。
裏面パッシベーション層としては、例えば、酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜の積層膜が挙げられる。
開口部との形成方法としては、例えば、光電変換部(シリコン半導体)の上の裏面パッシベーション層にレーザー照射又はエッチングを施し、裏面パッシベーション層の一部を除去することによって開口部を形成する方法が挙げられる。
開口部の形態としては、例えば、直線状、曲線状、破線状、点状等が挙げられる。上記形態は特に制限されない。
本発明において、太陽電池セルは、裏面にアルミニウム電極を有する。
アルミニウム粉末は、平均粒径1〜10μmであることが好ましい。アルミニウム粉末の平均粒径はレーザー回折式粒度分布計を用いて測定することができる。
アルミニウム粉末は、球状であることが好ましい態様の1つとして挙げられる。
ガラス粉末は、アルミニウム粉末とシリコンとの反応やアルミニウム粉末自身の焼結を助ける作用があるとされている。ガラス粉末としては、Pb、Bi、V、B、Si、Sn、P及びZnからなる群から選択される1種、または2種以上を含有してもよい。また、鉛を含むガラス粉末、もしくは、ビスマス系、バナジウム系、錫−燐系、ホウ珪酸亜鉛系、アルカリホウ珪酸系、などの無鉛のガラス粉末を用いることができる。特に人体への影響を鑑みると、無鉛のガラス粉末の利用が望ましい。また、ガラス粉末は、軟化点が750℃以下のものであることが好ましい。軟化点が750℃を超えるガラス粉末では、特定のパッシベーション膜を用いた際にパッシベーション膜の性能を著しく損なわせてしまうおそれがある。また、ガラス粉末の平均粒子径としては、1μm以上3μm以下が好ましい。アルミニウムペースト中に含まれるガラス粉末の含有量は特に限定されないが、アルミニウム粉末100質量部に対して、0.5質量部以上40質量部以下であることが好ましい。導電性アルミニウムペースト中のガラス粉末の含有量が0.5質量部未満ではウェハおよびパッシベーション膜との密着性が低下し、40質量部を越えると電極としての電気抵抗が増加してしまうおそれがあるためである。
有機ビヒクルとしては、溶剤に、必要に応じて各種添加剤および樹脂を溶解したものが使用される。溶剤としては公知のものが使用可能であり、具体的には、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。各種添加剤としては、たとえば、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、タックファイヤー、カップリング剤、静電付与剤、重合禁止剤、チキソトロピー剤、沈降防止剤等を使用することができる。具体的には、たとえば、ポリエチレングリコールエステル化合物、ポリエチレングリコールエーテル化合物、ポリオキシエチレンソルビタンエステル化合物、ソルビタンアルキルエステル化合物、脂肪族多価カルボン酸化合物、燐酸エステル化合物、ポリエステル酸のアマイドアミン塩、酸化ポリエチレン系化合物、脂肪酸アマイドワックス等を使用することができる。樹脂としては公知のものが使用可能であり、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、イソシアネート化合物、シアネート化合物などの熱硬化樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ4フッ化エチレン、シリコン樹脂等の二種以上を組み合わせて用いることができる。アルミニウムペースト中に含まれる有機ビヒクルの含有量は特に限定されないが、アルミニウム粉末100質量部に対して70質量部以上200質量部以下であることが好ましい。有機ビヒクルの含有量が70質量部未満、または200質量部を越えると、ペーストの印刷性が低下するおそれがあるためである。
本発明において、接続部はインターコネクタと裏面アルミニウム電極とを接続させるための部材である。
本発明において、接続部は材料としての太陽電池セルの裏面アルミニウム側の表面にある。つまり、接続部は材料としての太陽電池セルの裏面にある。
本発明の太陽電池セルにおいて、接続部は、所定の導電性樹脂組成物の硬化物である。
本発明において使用される導電性樹脂組成物は、
フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及び、エポキシ当量が3,000g/当量以上であるエポキシ樹脂aからなる群から選ばれる少なくとも1種の、1分子中に水酸基を複数有する樹脂A、
ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤B、並びに、
導電粒子を含有し、
上記硬化剤Bの含有量が、樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である、導電性樹脂組成物である。
なお、上記エポキシ樹脂bは上記エポキシ樹脂aを含まない。
本発明において、導電性樹脂組成物に含有される樹脂Aは、1分子中に水酸基(ヒドロキシ基)を複数有する。
1分子の樹脂Aが有する水酸基の数は、10個以上が好ましい。
樹脂Aは鎖状又は分岐状のうちの何れであってもよい。樹脂Aは鎖状であることが好ましい。
本発明において、フェノキシ樹脂の分子量は重量平均分子量である。フェノキシ樹脂の重量平均分子量は、テトラヒドロフランを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による測定値をもとにした標準ポリスチレン換算値である。
本発明において、ポリビニルアセタール樹脂の分子量は、計算分子量である。
樹脂Aとしてのフェノキシ樹脂は、ビスフェノール(1つの炭素原子に少なくとも2つのヒドロキシフェニル基が結合する基本骨格を有する化合物)とエピクロロヒドリンとから形成される化合物が好ましい態様の1つとして挙げられる。フェノキシ樹脂はビスフェノールとエピクロロヒドリンとの反応によって生成する水酸基を有する。
フェノキシ樹脂の好ましい態様としては、例えば、上記反応による水酸基を複数有するフェノキシ樹脂、鎖状のフェノキシ樹脂が挙げられる。
フェノキシ樹脂の末端は一般的にフェノール性水酸基である。本発明において、フェノキシ樹脂はエポキシ基を有さないものとすることができる。
なかでも、ビスフェノールA及びビスフェノールAFからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
樹脂Aとしてのポリビニルアセタール樹脂は、1分子中に、アセタール基と複数の水酸基とを有する。
ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールとアルデヒド類とをアセタール化反応させることによって得ることができる。アセタール基は、上記アセタール化反応によって、ポリビニルアルコールが有する例えば−CH2−CH(OH)−CH2−CH(OH)−とアルデヒド類との反応によって形成することができる。
ポリビニルアセタール樹脂は、更にアセトキシ基(−OCOCH3)を有してもよい。
樹脂Aとしてのエポキシ樹脂aは、エポキシ当量が3,000g/当量以上であり、1分子中に複数の水酸基及び複数のエポキシ基を有する化合物である。
エポキシ樹脂aは末端にエポキシ基を有することが好ましい態様の1つとして挙げられる。
エポキシ樹脂aは、耐熱性、強度に優れるという観点から、例えばベンゼン環のような芳香族炭化水素基を有することが好ましい。
なかでも、上記ビスフェノールはビスフェノールAが好ましい。
導電性樹脂組成物において、樹脂Aの含有量は、接続性により優れ、その耐久性に優れるという観点から、導電粒子100質量部に対して、3〜20質量部が好ましく、5〜10質量部がより好ましい。
本発明に使用される導電性樹脂組成物に含有される硬化剤Bは、ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤である。硬化剤Bは樹脂Aと反応して導電性樹脂組成物を硬化させることができる。
本発明において、導電性樹脂組成物に含有される硬化剤Bの含有量は樹脂A100質量部に対して1質量部以上50質量部未満である。
本発明において使用されるブロックイソシアネートは、イソシアネート基を有する炭化水素化合物(イソシアネート化合物)とブロック化剤とで構成され、上記イソシアネート基が上記ブロック化剤で保護された化合物である。
ブロックイソシアネートは例えば熱によってブロックイソシアネートからブロック化剤が解離し、イソシアネート化合物を生成することができる。
ブロックイソシアネートから解離したイソシアネート化合物は、樹脂Aが有する水酸基と反応し、導電性樹脂組成物を硬化させることができる。
イソシアネート化合物が有する炭化水素基は特に制限されない。例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、これらの組合せが挙げられる。なかでも、上記炭化水素基は脂肪族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基は、鎖状、環状及びこれらの組合せのうちの何れであってもよい。
硬化剤Bとしてのエポキシ樹脂bは、ポリアルキルエーテルを骨格に持ち、複数のエポキシ基を有するエポキシ樹脂である。
導電性樹脂組成物がエポキシ樹脂bを含有する場合、アルミニウム電極への接着性に優れる。
1分子のエポキシ樹脂bが有するエポキシ基は2個であることが好ましい態様の1つとして挙げられる。
アルキレン基は鎖状又は分岐状の2価の脂肪族炭化水素基である。アルキレン基としては、例えば、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基が挙げられる。
エポキシ樹脂bのエポキシ当量は、1,000g/当量以下が好ましく、100〜600g/当量がより好ましい。
Ep−CH2−O−(R−O)n−CH2−Ep (1)
上記一般式(1)中、EPはエポキシ基であり、Rは炭素数2〜4のアルキレン基であり、nは1〜30の整数である。
nが2以上である場合、複数のRは同じであっても、異なってもよい。
本発明において、導電性樹脂組成物に含有される硬化剤Bの含有量は、樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である。
硬化剤Bの含有量は、接続性により優れ、耐久性に優れるという観点から、樹脂A100質量部に対して、3〜30質量部が好ましく、5〜30質量部がより好ましく、10〜30質量部がさらに好ましい。
なお、本発明において、硬化剤Bの含有量は硬化剤の正味の量を意味する。硬化剤Bが溶剤を含有する場合、硬化剤Bの含有量に溶剤は含まれない。
本発明において、導電性樹脂組成物に含有される導電粒子としては、例えば、銀、銅、ニッケル、半田(例えば、錫−鉛、錫−銀−銅、錫−ビスマスなどの合金)のような金属、これらの混合物などが挙げられる。
導電性樹脂組成物は、更に、添加剤を含有してもよい。添加剤としては例えば、樹脂A以外のポリマー、ブロックイソシアネート以外の硬化剤、触媒、タッキファイヤー、表面潤滑剤、チクソ付与剤、酸化防止剤、腐食防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、重合禁止剤、シランカップリング剤、充填剤;ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテートのような溶剤が挙げられる。
導電性樹脂組成物の製造方法としては、例えば、樹脂A、硬化剤B、導電粒子及び必要に応じて使用することができる添加剤を、ロール、プラレタリーミキサー、自転公転ミキサーを使用して混合し、導電性樹脂組成物を得る方法が挙げられる。
本発明の太陽電池セルの製造方法としては、例えば、材料としての太陽電池セルの裏面アルミニウム電極に上記導電性樹脂組成物を塗布する塗布工程と、裏面アルミニウム電極に塗布された上記導電性樹脂組成物を硬化する硬化工程とを有する方法が挙げられる。必要に応じて、塗布工程と硬化工程と間、更に、裏面アルミニウム電極に塗布された導電性樹脂組成物を乾燥させる乾燥工程を設けてもよい。
塗布工程において、裏面アルミニウム電極に導電性樹脂組成物を塗布することによって本発明の太陽電池セルを得ることができる。導電性樹脂組成物を塗布する方法は特に制限されない。
硬化工程において、塗布工程後又は乾燥工程後の導電性樹脂組成物を硬化させ、導電性樹脂組成物の硬化物を得ることができる。
また、硬化工程によって、硬化物は裏面アルミニウム電極と接着することができる。
硬化の温度は、80〜200℃が好ましく、100〜180℃がより好ましい。
樹脂Aと硬化剤Bとは導電粒子の存在下で、例えば80〜180℃の条件下で反応し、硬化することができる。
硬化剤Bとしてブロックイソシアネートを使用した場合、上記温度条件下であれば、ブロックイソシアネートからブロック化剤が解離しイソシアネート化合物が生成し、上記イソシアネート化合物が有するイソシアネート基と樹脂Aが有する水酸基とが少なくとも反応して、導電性樹脂組成物を硬化させることができる。
また、硬化剤Bとしてエポキシ樹脂bを使用した場合、上記温度条件下であれば、樹脂Aが有する水酸基とエポキシ樹脂bが有するエポキシ基とが少なくとも反応して、導電性樹脂組成物を硬化させることができる。
本発明の太陽電池セルが有する接続部は、上述の導電性樹脂組成物を硬化させたもの(導電性樹脂組成物の硬化物)である。
上記接続部(導電性樹脂組成物の硬化物)は、裏面アルミニウム電極と接着することができる。また上記接続部は、インターコネクタと接合することができる。
なお、本発明において、導電性樹脂組成物に含有される、樹脂A、硬化剤B及び導電粒子の含有量の合計(I)は、硬化物に含まれる、上記の生成したポリマー及び導電粒子の含有量の合計(II)とほぼ同じとすることができる。
本発明において、硬化物の全量は、上記の生成したポリマー及び導電粒子の含有量の合計(上記合計(II))であるものとする。また、硬化物の全量を、導電性樹脂組成物に含有される樹脂A、硬化剤B、及び、導電粒子の量の合計(上記合計(I))とすることができる。
硬化物の全量に対する導電粒子の割合は、導電性樹脂組成物における上記合計(I)に対する導電粒子の割合と同じとすることができる。
硬化物の全量に対する上記の生成したポリマーの割合は、導電性樹脂組成物における上記合計(I)に対する樹脂A及び硬化剤Bの合計含有量の割合と同じとすることができる。
本発明の太陽電池セルが有する接続部の厚さは、接続性により優れ、太陽電池モジュールを作製する上で好ましいという観点から、5〜80μmが好ましく、10〜50μmがより好ましい。
本発明の太陽電池セルが有する接続部の幅は、接続性により優れ、太陽電池モジュールを作製する上で好ましいという観点から、0.8〜2.0mmが好ましく、0.9〜1.5mmがより好ましい。
接続部の幅は、接続性により優れ、太陽電池モジュールを作製する上で好ましいという観点から、インターコネクタの幅の0.8〜2.0倍が好ましい。
本発明の太陽電池セルは接続部においてインターコネクタと接続して太陽電池モジュールを形成するために使用することができる。
心材としては、例えば、銅が挙げられる。
心材をコートする材料としては例えば、半田が挙げられる。半田は特に制限されない。
例えば、錫鉛半田、鉛フリー半田が挙げられる。
心材がコートするコート層の厚さは、15〜45μmが好ましい。
インターコネクタの幅は0.8〜2.0mmが好ましい。
インターコネクタはその製造方法について特に制限されない。
インターコネクタと接続する表面電極はバスバー電極が好ましく、銀のバスバー電極がより好ましい。
表面電極は、インターコネクタの一端と接続することができる。
表面電極とインターコネクタとは直接接続することができる。
裏面アルミニウム電極は、接続部を介してインターコネクタの他端と接続することができる。
本発明の太陽電池モジュールは、
表面電極と光電変換部と裏面アルミニウム電極とを有する太陽電池セルと、
太陽電池セルの裏面アルミニウム側の表面に、インターコネクタと上記裏面アルミニウム電極とを接続させるための接続部とを有し、
接続部が、導電性樹脂組成物の硬化物であり、
導電性樹脂組成物は、
フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及び、エポキシ当量が3,000g/当量以上であるエポキシ樹脂aからなる群から選ばれる少なくとも1種の、1分子中に水酸基を複数有する樹脂A、
ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤B、並びに、
導電粒子を含有し、
上記硬化剤Bの含有量が、上記樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である、接続部付太陽電池セルである。
ただし、上記エポキシ樹脂bは上記エポキシ樹脂aを含まない。
太陽電池セルのそれぞれは、隣接する他の太陽電池セルとインターコネクタを介して直列に接続することができる。
隣接する太陽電池セルを接続するインターコネクタの数は特に制限されない。上記数は1本〜4本とすることができる。
図1において、本発明の太陽電池モジュール90は複数の太陽電池セル50とインターコネクタ40とを有する。太陽電池セル50とインターコネクタ40とは接続部82を介して接続する。太陽電池セル50と接続部82とは接続部付太陽電池セル70を構成してもよい。
太陽電池セル50は、表面電極15と光電変換部10と裏面アルミニウム電極60とを有する。表面電極15は複数のフィンガー電極30とバスバー電極20とを有する。
インターコネクタ41は、第1の太陽電池セル51のバスバー電極21と第2の太陽電池セル52の裏面アルミニウム電極62とを接続する。
裏面アルミニウム電極62は、第2の接続部付太陽電池セル72が有する接続部83を介してインターコネクタ41の端部44と接続する。裏面アルミニウム電極62はインターコネクタ41と導通する。
バスバー電極21はインターコネクタ41の端部43と接続する。バスバー電極21はインターコネクタ41と導通する。
第2の接続部付太陽電池セル72と第3の接続部付太陽電池セル73とは、第1の接続部付太陽電池セル71と第2の接続部付太陽電池セル72とがインターコネクタ41を介して接続することと同様に、インターコネクタ42を介して接続することができる。
なお、インターコネクタ40において心材を省略する。
図5において、太陽電池モジュール90は、太陽電池セル50とインターコネクタ92、94とを有する。太陽電池セル50は、表面電極15と光電変換部10と裏面アルミニウム電極60とを有する。太陽電池セル50は図3と同様である。
裏面アルミニウム電極60は、接続部82を介してインターコネクタ92と接続する。インターコネクタ92は、裏面アルミニウム電極60と、太陽電池セル50に隣接する別の接続部付太陽電池セルの表面電極とを接続する。
バスバー電極20はインターコネクタ94と接続する。インターコネクタ94の他端は、上記別の接続部付太陽電池セルとは反対側で、太陽電池セル50に隣接する接続部付太陽電池セルが有する接続部と接続する。
接続部付太陽電池セル70は図4に示した接続部付太陽電池セル70と同じである。
本発明の太陽電池モジュールに使用されるインターコネクタは、本発明の接続部付太陽電池セルに適用することができるインターコネクタと同様である。
本発明の太陽電池モジュールが有する太陽電池セル及び接続部として、本発明の接続部付太陽電池セル(図1における接続部付太陽電池セル70)を使用して、本発明の太陽電池モジュールを得ることができる。
本発明の太陽電池モジュールが有する接続部は、上述の導電性樹脂組成物を硬化させた硬化物である。接続部は、樹脂Aと硬化剤Bとの反応によって生成したポリマーを含有することによって裏面アルミニウム電極と接着し、導電粒子を含有することによってインターコネクタと接合して、裏面アルミニウム電極とインターコネクタとを接続することができる。
本発明の太陽電池モジュールにおける接続部は、本発明の接続部付太陽電池セルが有する接続部と同様である。
本発明の太陽電池モジュールの製造方法としては、例えば、まず、複数の本発明の接続部付太陽電池セルとインターコネクタとを用いて製造することができる。具体的には例えば、インターコネクタの一端を第1の接続部付太陽電池セルの表面バスバー電極に合わせ、上記インターコネクタの他端を第2の接続部付太陽電池セルの接続部(太陽電池セルの裏面側にある)に合わせて、複数の接続部付太陽電池セルとインターコネクタとを連結する。
次に、上記のとおりインターコネクタで連結させた複数の接続部付太陽電池セルを加熱して、インターコネクタが第1の接続部付太陽電池セルの表面バスバー電極と接した部分を融着し接合させ、インターコネクタが第2の接続部付太陽電池セルの接続部と接した部分を接着させて、複数の接続部付太陽電池セルとインターコネクタとを接続する接合工程を有する方法が挙げられる。接合工程においてインターコネクタで連結させた複数の接続部付太陽電池セルを更に加圧してもよい。
接合工程における温度は200〜300℃が好ましい。
接合工程における圧力は0.05〜1.0MPaが好ましい。
接合工程において、硬化物に含有される導電粒子とインターコネクタとが合金化し、硬化物がインターコネクタと接合することができる。
本発明の太陽電池モジュールが封止材によって封止される場合、上記接合工程の後に、更に封止工程を設けることができる。
封止工程は、接合工程で得られた太陽電池モジュールを封止材で封止する工程である。
封止工程で使用される封止材は特に制限されない。例えば、上記と同様の物が挙げられる。
封止工程において、接合工程で得られた太陽電池モジュールを封止材で封止する方法は特に制限されない。例えば、従来公知のものが挙げられる。
<組成物の調製>
下記第1表の組成物の調製欄に示す各成分を同表に示す組成(質量部)で用いて、これらを撹拌機で混合し、組成物を製造した。
ブロックイソシアネートの欄において、上段の数値は使用された、ブロックイソシアネートの市販品の量であり、下段のかっこ内の数値は上記市販品中のブロックイソシアネートの正味の量である。
平均粒径5μm、純度99%以上の球状のアルミニウム粉末100質量部に対して、ガラス粉末7質量部、有機ビヒクル140質量部を加えて、これらを混合機にて混合し、アルミニウムペーストを調製した。
(太陽電池セル)
裏面アルミニウム電極を有する太陽電池セルの製造において、材料として以下のPERC型太陽電池セルを用いた。
材料としてのPERC型太陽電池セルは、光電変換部として、平面寸法が156mm×156mmであり厚みが180μmであるp型シリコン半導体基板の受光面側に、厚みが0.3μmのn型不純物層を有し、n型不純物層の上に、窒化シリコン膜からなる反射防止膜(パッシベーション膜)を有し、上記p型シリコン半導体基板の受光面と反対側に、酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜の積層膜(裏面パッシベーション層)と、p型シリコン半導体基板とコンタクトを取るための開口部とを有する。開口部の形態は、直線状であり、開口部の大きさは、縦154mm、幅50μm、深さ0.1μmであり、開口部の数は150本である。
また、上記PERC型太陽電池セルは、表面電極として複数の銀のフィンガー電極(銀ペーストによって形成される)とバスバー電極(銀ペーストによって形成される)3本とを有する。
上記PERC型太陽電池セルの裏面全面に、上記のとおり調製したアルミニウムペーストをスクリーン印刷機によって厚さ15μmで塗布し、乾燥させた。スクリーンメッシュには400Meshを使用した。
乾燥後、700℃以上の温度条件下で3秒間焼成することによって、表面銀電極、光電変換部及び裏面全面にアルミニウム電極を有するPERC型太陽電池セルを製造した。開口部のアルミニウムペーストとシリコンが接している部分にて、アルミニウムとシリコンが反応して、p+層、アルミニウムシリコン合金層及びアルミニウム電極層が形成された。
上述のとおり製造した太陽電池セルの裏面アルミニウム電極の表面上において、表面のバスバー電極に対向する位置に、各組成物を幅1.5mmで層状に塗布し(塗布工程)、上記のとおり塗布された各組成物を180℃の条件下で硬化させ、接続部付太陽電池セルを製造した(硬化工程)。各実施例の接続部付太陽電池セルが有する接続部の厚さは25μmであった。
(接合工程)
上記のとおり製造された接続部付太陽電池セル1個及びインターコネクタ(1.5mm幅、230μm厚さ、心材:銅、心材を錫鉛半田でコート、丸正社製)6本及び外部出力用コネクタ(5.0mm幅、230μm厚さ、心材:銅、心材を錫鉛半田でコート、丸正社製)2本を準備した。上記接続部付太陽電池セルの3本の表面バスバー銀電極と3本のインターコネクタの一端とをそれぞれ接続し、上記3本のインターコネクタの他端を第一の外部出力用コネクタと接続した。同様に上記接続部付太陽電池セルの接続部と残り3本のインターコネクタの一端とをそれぞれ接続し、上記3本のインターコネクタの他端を第二の外部出力用コネクタと接続した。上記のとおりインターコネクタと接続した接続部付太陽電池セルを、300℃、0.2MPaの条件下で加圧しながら加熱して、インターコネクタが接続部付太陽電池セルの接続部と接した部分を接合させ、インターコネクタが接続部付太陽電池セルの表面バスバー電極と接した部分を融着接合させて、初期の太陽電池モジュールを製造した。各実施例の初期の太陽電池モジュールが有する接続部の厚さは35μmであった。
上記の通り、接合工程で製造された太陽電池モジュールを、ガラス板及びEVA樹脂シートと、上記とは別のEVA樹脂シート及びバックシート(品番QPL、東洋アルミニウム社製)との間に挟みこみ(このときバックシートの上にEVA樹脂シートがあり、EVA樹脂シートの上にインターコネクタと接続した接続部付太陽電池セルがあり、インターコネクタと接続した接続部付太陽電池セルの上にもう1層別のEVA樹脂シートがあり、上記別のEVA樹脂シートの上にガラス板がある。)、140℃、60MPa条件下にて10分間保持することにより、ガラス板及びバックシート間に太陽電池セルを封止し、封止工程後の太陽電池モジュールを得た。
(初期接着強度)
上記のとおり製造された接合工程後の太陽電池モジュールを用いて、接続部と接続したから3本のインターコネクタのうちの1本を180°の角度で剥離する剥離試験をJIS K 6854−1:1999に準じて室温条件下で行い、初期接着強度を測定した。なお上記初期接着強度は、1.5mm(インターコネクタ及び接続部の幅)あたりの強度である。結果を第1表に示す。
上記のとおり製造された封止工程後の太陽電池モジュールにソーラーシミュレーター(ワコム社製)にて生成された擬似太陽光を1sunの条件で照射し、上記太陽電池モジュールの電流電圧特性を測定し、太陽電池モジュールの初期発電効率を算出した。
上記のとおり製造された封止工程後の太陽電池モジュールを85℃、85%HRの条件下に200時間置く耐湿熱試験を行い、耐湿熱試験後の太陽電池モジュールを得た。
上記のとおり製造された耐湿熱試験後の太陽電池モジュールを用いて、上記太陽電池モジュールの初期発電効率と同様にして電流電圧特性を測定し、耐湿熱試験後の太陽電池モジュールの発電効率を算出した。
耐湿熱試験後の太陽電池モジュールの発電効率維持率を、以下の式から求めた。結果を第1表に示す。
耐湿熱試験後の発電効率維持率(%)=[(耐湿熱試験後の発電効率)/(初期発電効率)]×100
・フェノキシ樹脂1:YP−50(新日鉄住金化学社製、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂、重量平均分子量60000〜80000)
・フェノキシ樹脂2:ZX−1356−2(新日鉄住金化学社製、ビスフェノールAF型フェノキシ樹脂、重量平均分子量60000〜80000)
・フェノキシ樹脂3:PKHB(InChem社製、樹脂タイプ)重量平均分子量32000。ビスフェノールタイプのフェノキシ樹脂
・フェノキシ樹脂4:PKFE(InChem社製、樹脂タイプ)重量平均分子量60000、ビスフェノールタイプのフェノキシ樹脂
・導電粒子2(銀):PHA01M15(東洋化学工業社製、平均粒径9μm)、AgC−103(福田金属箔粉工業社製、平均粒径1〜2μm)、フレーク状銀粉AgC−A(福田金属箔粉社製、平均粒径3〜4μm)の3種の銀粉を質量比3:3:4でブレンドした銀粉。
・導電粒子3(銅):銅粉、Cu−HWQ10um(福田金属箔粉工業社製)、平均粒径10μm
・ブロックイソシアネート2:SBN−70D(旭化成社製、ブロックされたヘキサメチレンジイソシアネート、硬化温度110℃、固形分量70質量%)
・ブロックイソシアネート3:TPA−B80E(旭化成社製、ブロックされたヘキサメチレンジイソシアネート、硬化温度130℃、固形分量80質量%)
・ブチルカルビトールアセテート:三協化学社製
導電性樹脂組成物に含有される硬化剤Bの含有量が樹脂A100質量部に対して1質量部未満である比較例2は、初期接着強度及び発電効率の維持率が低く、接続性が悪かった。
実施例5、6を比較すると、フェノキシ樹脂の重量平均分子量が大きい実施例6は、フェノキシ樹脂の重量平均分子量が小さい実施例5よりも、初期接着強度、初期発電効率及び発電効率の維持率がより高く、インターコネクタとアルミニウム電極との接続性により優れた。
実施例3と実施例10とを比較すると、フェノキシ樹脂がビスフェノールA型フェノキシ樹脂である実施例3は、フェノキシ樹脂がビスフェノールAF型フェノキシ樹脂である実施例10よりも、初期発電効率及び発電効率の維持率がより高く、インターコネクタとアルミニウム電極との接続性により優れた。
実施例4と実施例10とを比較すると、樹脂Aとしてフェノキシ樹脂とエポキシ樹脂aとを併用する実施例4は、フェノキシ樹脂のみを使用する実施例10よりも、発電効率の維持率がより高く、インターコネクタとアルミニウム電極との接続性により優れた。
15 表面電極
20、21 バスバー電極
30 フィンガー電極
32 反射防止膜(表面パッシベーション層)
34 n型不純物層
36 p型シリコン半導体基板
37 開口部(BSF(Back Surface Field)層を有する合金層)
38 裏面パッシベーション層
40、41、42、92、94 インターコネクタ
43、44 端部
45 コート層
46 心材
50 太陽電池セル
51 第1の太陽電池セル
52 第2の太陽電池セル
60、62 裏面アルミニウム電極
70 (本発明の)接続部付太陽電池セル
71 第1の接続部付太陽電池セル
72 第2の接続部付太陽電池セル
73 第3の接続部付太陽電池セル
82、83 接続部
90 本発明の太陽電池モジュール
Claims (11)
- 複数の太陽電池セルとインターコネクタとを有し、
前記太陽電池セルが、表面電極と光電変換部と裏面アルミニウム電極とを有し、
前記インターコネクタが、第1の太陽電池セルの表面電極と第2の太陽電池セルの裏面アルミニウム電極とを接続し、
前記裏面アルミニウム電極は、接続部を介して前記インターコネクタと接続し、
前記接続部は、導電性樹脂組成物の硬化物であり、
前記導電性樹脂組成物は、フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及び、エポキシ当量が3,000g/当量以上であるエポキシ樹脂aからなる群から選ばれる少なくとも1種の、1分子中に水酸基を複数有する樹脂A、
ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤B、並びに、
導電粒子を含有し、
前記硬化剤Bの含有量が、前記樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である、太陽電池モジュール。
ただし、前記エポキシ樹脂bは前記エポキシ樹脂aを含まない。 - 前記導電粒子が銀である、請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記硬化物において、前記導電粒子の含有量が、前記硬化物の全量の70〜95質量%である、請求項1又は2に記載の太陽電池モジュール。
- 前記ブロックイソシアネートを構成するイソシアネートが、脂肪族ポリイソシアネートである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池セルの裏面の全面が、アルミニウム電極である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記フェノキシ樹脂の重量平均分子量が、6,000〜100,000である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記表面電極が、銀電極である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電性樹脂組成物において、前記樹脂Aの含有量が、前記導電粒子100質量部に対して、3〜20質量部である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記エポキシ樹脂aが、ビスフェノールのエポキシ樹脂である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記エポキシ樹脂bのエポキシ当量が、1,000g/当量以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 表面電極と光電変換部と裏面アルミニウム電極とを有する太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの前記裏面アルミニウム側の表面に、インターコネクタと前記裏面アルミニウム電極とを接続させるための接続部とを有し、
前記接続部が、導電性樹脂組成物の硬化物であり、
前記導電性樹脂組成物は、
フェノキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、及び、エポキシ当量が3,000g/当量以上であるエポキシ樹脂aからなる群から選ばれる少なくとも1種の、1分子中に水酸基を複数有する樹脂A、
ブロックイソシアネート、及び、ポリアルキルエーテルを骨格に持つエポキシ樹脂bからなる群から選ばれる少なくとも1種の硬化剤B、並びに、
導電粒子を含有し、
前記硬化剤Bの含有量が、前記樹脂A100質量部に対して、1質量部以上50質量部未満である、接続部付太陽電池セル。
ただし、前記エポキシ樹脂bは前記エポキシ樹脂aを含まない。
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