JP2019117860A - 両面受光型太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】電極が形成されていない面だけではなく、電極が形成された面からの光の取り込みを考慮した裏面電極型太陽電池セルを用いた両面受光型太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１は、第１電極と該第１電極と異なる極性の第２電極とを一方の面に有する複数の太陽電池セル２と、太陽電池セル２の第１電極と、この太陽電池セル２と隣り合う太陽電池セル２の第２電極とを電気的に接続する複数の配線４１を含む配線基板４と備えて構成される。配線基板４の配線用基材４２は透光性を有する。太陽電池セル２は、第１電極および第２電極のどちらも配置されていない領域を前記複数の配線４１の間に有し、配線基板４と太陽電池セル２との間の当該領域に透光性固定樹脂が配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、両面受光に対応する裏面電極型の太陽電池セルを用いた両面受光型太陽電池モジュールに関する。
自然エネルギーを利用した新しいエネルギー技術は大いに注目されており、そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムへの関心が高まっている。特に、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システムは、クリーンなエネルギーを得る手段として広く用いられている。
太陽電池セルには、高出力化を図るべく太陽電池素子にシリコン結晶を用いたものが主流となっており、シリコン基板の受光面に電極を形成せずに、その裏面にｎ型用電極およびｐ型用電極を形成する、いわゆる裏面電極型太陽電池セルの開発も進められている。
例えば、特許文献１には、シリコン基板の裏面にｎ型用電極およびｐ型用電極がそれぞれ同一方向に伸張して配設された裏面電極型太陽電池セルについて開示されている。この種の裏面電極型太陽電池セルは、配線シートと重ね合わされて封止材に封止され、太陽電池モジュールを構成する。
特開２０１２−９９５６９号公報
従来の配線シート上の配線材には、めっき法で形成された銅箔等の金属箔が用いられており、薄い配線基板の電気抵抗を小さくするために配線材の幅を広くとって断面積を大きくすることが行われている。また、近年、太陽電池セルの受光面だけでなく、裏面からの光の取り込みを可能にして、両面からの光照射で発電することで発電量を向上させた、両面受光型の太陽電池セルや、両面受光型太陽電池セルの裏面側へ太陽光の入射を可能とした両面受光型太陽電池モジュールの開発が進んでいる。
両面受光型の太陽電池セルは、一般的な片面受光型の太陽電池セルに比べて受光量を増やすことができ、変換効率を向上させることが可能となる。しかしながら、特許文献１に記載された、裏面電極型太陽電池セルと配線シートとを組み合わせた太陽電池モジュールを両面受光型とする場合、従来の配線基板の形態では太陽電池セルの一方の面、すなわち裏面の大部分が配線材である金属箔で覆われてしまい、太陽電池セルの裏面への受光量を増加させることが困難であるという問題点があった。
本発明は、裏面電極型太陽電池セルにおいて、電極が形成されていない表面だけではなく、電極が形成されている裏面からの光の取り込みも考慮した太陽電池セルを用いて、変換効率を向上させ、かつ両面受光に対応した配線基板を組み合わせることで太陽電池セルの電極と配線基板の配線材とを高精度で接続した両面受光型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に互いに異なる極性の第１電極および第２電極を備える複数の太陽電池セルと、配線用基材の一方の面に複数の配線が固定された配線基板とを有しており、
所定のセル配列方向に沿って複数の太陽電池セルが前記配線によって電気的に接続されてなる両面受光型太陽電池モジュールを対象とする。この両面受光型太陽電池モジュールにあって、前記配線は、セル配列方向に沿って延びる断面円形状の導電材であり、前記セル配列方向に交差する方向に互いに並行する第１配線および第２配線を含み、前記配線用基材は透光性を有し、前記配線基板には前記第１配線と前記第２配線との間にいずれの配線も設けられず前記配線用基材が露出する透光部分が備えられ、前記太陽電池セルは、前記第１電極および前記第２電極のどちらも配設されていない受光領域が前記半導体基板の一方の面に設けられるとともに、前記太陽電池セルの前記受光領域の少なくとも一部に透光性固定樹脂が配設されていることを特徴としている。
この特定事項により、両面受光型の太陽電池セルにおける受光領域を従来よりも大きく確保することが可能になり、発電効率を向上させた太陽電池モジュールとすることができる。その上、配線をあらかじめ固定した配線基板が用いられることで、断面円形状の配線と電極とを精度よく接続することができ、位置ずれや接触不良の発生を防止しつつ生産性を高めることが可能となる。
本発明によれば、電極が形成された面からの光の取り込みが可能な太陽電池セルによって受光量を増加させ、発電効率を高めた両面受光型太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の実施形態に係る両面受光型太陽電池モジュールに適用される太陽電池セルを示す平面図である。 前記太陽電池セルの電極に直交する断面を含む両面受光型太陽電池モジュールの拡大断面図である。 前記両面受光型太陽電池モジュールの構成を示す概略説明図である。 前記両面受光型太陽電池モジュールにおいて太陽電池セルに対する配線の接続形態を示す説明図である。 前記両面受光型太陽電池モジュールを構成する配線基板の一例を示す平面図である。 前記両面受光型太陽電池モジュールにおける太陽電池セルと配線基板との配置形態の一例を示す説明図である。 前記両面受光型太陽電池モジュールにおける太陽電池セルと配線基板との配置形態の他の例を示す説明図である。 隣り合う前記太陽電池セルを電極形成面である裏面側から見た平面図である。 前記両面受光型太陽電池モジュールにおける太陽電池セルと配線基板との固定方法を示す断面説明図である。 本発明に係る両面受光型太陽電池モジュールの一例を示す平面図である。 本発明の実施形態２に係る両面受光型太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの平面図である。 本発明の実施形態３に係る両面受光型太陽電池モジュールの概略断面図である。 実施形態３に係る両面受光型太陽電池モジュールの他の例を示す概略断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係る両面受光型太陽電池モジュールについて、図面を参照しつつ説明する。
（実施形態１）
実施形態１に係る両面受光型太陽電池モジュール（以下、単に太陽電池モジュールと称する。）は配線基板４を用いて電気的に接続された複数の裏面電極型の太陽電池セル２を備えた構成とされている。
図１は、実施形態に係る太陽電池モジュール１に適用される裏面電極型の太陽電池セル２を示す平面図である。なお、図１は電極形成面を示した平面図であり、以下の実施形態では、例示する太陽電池セル２において、図１に示される電極が設けられた面を裏面とし、その反対側の面を表面として説明する。また、図示はしないが、太陽電池モジュールの端辺に枠体が取りつけられる場合は、その枠体も含めて太陽電池モジュールと呼称する。電極が設けられた半導体基板１１の一面が裏面（太陽電池セル１０の裏面）となされ、その反対側の一面が直接太陽光を受ける方向に向けられる表面となされる。
図１に示すように、シリコン基板２１の裏面には、複数のｎ型用電極（第１電極）２６とｐ型用電極（第２電極）２７とが、それぞれ所定の間隔で交互に配設されている。これらのｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７は、全長にわたって等幅を有して形成され、電極ピッチもほぼ一定とされている。シリコン基板２１の裏面において、ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７との間の電極が形成されていない領域が、裏面側から入射した光を受けて発電することができる裏面側受光領域となる。
図２は、図１における太陽電池セル２の各電極に直交する断面を含む太陽電池モジュール１の拡大断面図である。裏面電極型の太陽電池セル２は、表面にシリコン基板２１の表面に光反射を抑制するための構造として形成された凹凸形状を有する。さらに、シリコン基板２１の表面側には反射防止膜２２が形成されている。なお、凹凸形状はシリコン基板２１の裏面側の裏面側受光領域上にも設けられていてもよい。
シリコン基板２１としては、たとえば、ｎ型またはｐ型のいずれかの導電型を有する多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどからなる基板を用いることができる。シリコン基板２１の厚さとしては、５０μｍ以上４００μｍ以下程度が望ましい。反射防止膜２２として、窒化シリコンからなる膜を用いることができる。
シリコン基板２１の裏面側にはパッシベーション膜２５が形成されてもよい。このパッシベーション膜２５としては酸化シリコンからなる膜を用いることができるが、シリコン基板２１に設けられるパッシベーション膜２５は、これに限定されるものではなく、例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの積層体などを用いることもできる。パッシベーション膜２５によって、太陽電池セル２裏面側のシリコンと電極との界面で正孔と電子とが再結合することを抑制でき、発電ロスを低減することができる。
また、本発明の太陽電池セル２は裏面からも光入射させて発電を行う両面受光型の太陽電池セルであり、裏面側にパッシベーション膜２５が配置される場合、裏面側受光領域のパッシベーション膜２５は光を透過する必要がある。この場合、パッシベーション膜２５は波長４００ｎｍ以上の光の消衰係数が０．０５以下であることが好ましく、厚みが１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とされることが好ましい。これにより、パッシベーション膜２５における光透過性とパッシベーション性とを両立させるとともに、表面側からだけでなく、裏面側からの受光も可能にする。また、裏面発電をより効率的に行うために、シリコン基板２１の裏面側に凹凸形状を設けてもよい。
シリコン基板２１の内部には、裏面側に、リンなどのｎ型不純物を含むｎ型不純物拡散領域２３と、ボロンやアルミニウムなどのｐ型不純物を含むｐ型不純物拡散領域２４とが形成されている。
ｎ型またはｐ型の導電型を有するシリコン基板２１の内部では、ｎ型不純物拡散領域２３またはｐ型不純物拡散領域２４とシリコン基板２１との界面において、複数のｐｎ接合が形成されている。パッシベーション膜２５の一部を除去して設けられたコンタクトホールを介して、ｎ型不純物拡散領域２３に接続されたｎ型用電極２６（第１電極）、およびｐ型不純物拡散領域２４に接続されたｐ型用電極２７（第２電極）とが、シリコン基板２１の裏面上に設けられている。ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７として、たとえば、Ａｇ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ、Ｔｉ／Ｗ／Ｃｕ、Ｎｉ／Ｃｕなどの金属を用いることができる。太陽電池セル２の表面側および裏面側から入射した光によってｐｎ接合で発生した電子および正孔を、ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７を介して電流として外部に取り出すことができる。
なお、シリコン基板２１の裏面側には、上述したパッシベーション膜２５は設けられなくともよい。
図２において、太陽電池セル２の裏面側には、接着材４３によって配線用基材４２上に配線４１が固定された配線基板４が配置されており、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７と配線４１とが接触した状態で、太陽電池セル２と配線基板４とが固定されている。
図３は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の構成を示す概略断面図であり、図２に記載の太陽電池セル２と配線基板４との固定構造に関わる部分をより詳細に示した図である。図４は、太陽電池セル２に対する配線４１の接続形態を部分断面により示す説明図である。図５は、太陽電池モジュール１を構成する配線基板４の一例を示す平面図である。
図３に示すように、太陽電池モジュール１は前述の太陽電池セル２が固定樹脂９２等によって配線基板４に固定され、透光性基材８１と裏面側保護材８２との間において、透光性を有する封止樹脂（封止材）８３によって封止された構成とされている。透光性基材８１はガラスや透明プラスチック等の透光性を有する材料を用いた板状部材である。裏面側保護材８２は耐候性を有する樹脂製のフィルムやシート材を用いる他、ガラスやプラスチック、金属等を含む板状部材を用いることもできる。封止樹脂８３にはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂を用いることができる。
太陽電池セル２の裏面側のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７は、配線基板４に設けられた配線４１に対して電気的に接続される。配線４１は隣り合う２つの太陽電池セル２同士を電気的に接続する。配線４１には、断面円形状の銅線（ワイヤ銅線）が用いられる。この場合、配線４１の断面形状が円形状であるとは、配線４１の外周面が周方向に丸みを帯びた曲面にて形成されていることをいい、必ずしも真円形でなくともよく、例えば断面楕円形状も含まれる。
このような円形状の断面を有する配線４１を用いることによって、太陽電池セル２の裏面電極と配線４１との接触部分が断面方向において点接触（接点）に近くなり、接点から離れるにつれ、裏面側受光領域である太陽電池セル２の裏面と配線４１との間の間隔が大きくなるので、電極および従来の平型銅線や銅箔配線と比較すると配線４１の影となって光が入射できない裏面側受光領域の面積が小さくなり、裏面側の受光面積を大きくすることができる。
図４に示すように、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７は、太陽電池セル２を矢符Ｙ４方向に投影して見る場合において、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の投影領域が、配線４１の投影領域に含まれるように構成されていることが好ましい。これは、例えば、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７のＸ方向の幅が、配線４１の直径よりも小さいことにより達成される。
なお、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７のＸ方向の幅は、配線４１のＸ方向における最大幅よりも小さければよい。配線４１の断面形状が円状である場合には、Ｘ方向の最大幅は配線４１の直径と一致するが、例えば、配線４１の断面形状が楕円状である場合、Ｘ方向が長い楕円状であれば配線４１の最大幅は長軸の長さに一致し、Ｘ方向が短い楕円状であれば配線４１の最大幅は短軸の長さに一致する。そして、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７のＸ方向の幅はそれらの最大幅よりも小さくなっていることが好ましい。裏面電極の幅が小さいほど裏面側受光領域を大きくして光の入射量を増やすことができ、電極の強度や接触抵抗値等、太陽電池モジュールとしての性能が悪化しない範囲で電極の大きさを適宜決定される。
本実施形態においては、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の幅（Ｘ方向の長さ）は、配線４１の直径（配線４１の幅に相当；Ｘ方向の長さ）よりも小さくすることが望ましく、一例としてｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の幅が１００μｍとされ、配線４１の幅（直径）１２０μｍよりも小さくされている。これにより、太陽電池セル２の裏面側のｎ型用電極２６、ｐ型用電極２７との間で電極が設けられていない領域である裏面側受光領域に対して、配線４１が設けられない受光領域が存在する。この受光領域においては、広く太陽光ＳＬを入射させることができる。
また、配線４１は、図４のＹ方向（太陽電池セル２の表面に直交する方向）の長さを、金属箔である場合に比べて大きくすることができるため、太陽電池セル２から集められる電流の抵抗値を考慮しても、Ｘ方向（太陽電池セル２の表面に平行な方向）の幅を小さくすることが可能となる。
これにより、太陽電池セル２の裏面側から、より多くの太陽光ＳＬを太陽電池セル２に入射させることができ、太陽電池セル２の受光領域を拡大することができる。その上、配線４１として断面形状が円形状の銅線が用いられるので、太陽電池セル２に入射した太陽光ＳＬを銅線の外表面で乱反射させることができ、太陽電池セル２の裏面側での発電量を増大させることができる。また、配線４１には一般的に市場に流通しているワイヤ銅線を適用することもでき、太陽電池モジュール１を安価に製造することが可能となる。
例えば、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７として銀ペーストを用いた印刷電極を用い、配線４１として半田を被覆した銅配線を用いることによっても、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７と配線４１とを加熱することにより半田接続することができる。また、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７と配線４１の接続には、半田に代表される金属接合の他、導電性接着材やＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、ＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）による接続も可能である。
このように太陽電池セル２は、裏面側の平面視において、太陽電池セル２のｎ型用電極２６（第１電極）、ｐ型用電極２７（第２電極）および配線４１のいずれもが配置されていない受光領域を有している。この受光領域の面積は、太陽電池セル２の平面積の５０％以上であることが好ましい。これにより、太陽電池セル２に電極形成面側から太陽光を入射させることができ、太陽電池セル２の裏面側から入射する太陽光ＳＬを増加させ発電領域をさらに拡大することが可能となる。
（配線基板）
本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、このような配線４１の接続形態を、配線基板４を用ることで実現している。図５に示すように、配線基板４は、配線用基材４２上に複数の配線４１が接着材４３で固定されており、太陽電池セル２の配列方向に対応するＭＤ方向（図５においては左右方向）に長く延びる形状を有している。並べられる複数の太陽電池セル２のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７は、配線４１によって電気的に接続される。
配線用基材４２としては、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステルやポリイミドなど、絶縁性および透光性を有する透明樹脂フィルム材、シート材やプレート材等が用いられる。例えば、厚さ７５μｍ程度のＰＥＴを主成分とする樹脂シートを用い、配線４１として直径が約１５０μｍのワイヤ銅線を用いることができる。
配線用基材４２に用いられる樹脂材料は接着材４３を軟化させる際の温度よりも高い耐熱性を有していることが好ましく、それによって、封止する際に配線用基材４２が大きく変形することを抑制し、配線基材上の配線４１の位置の変化を抑えて、太陽電池セル２と配線基板４との接続を高品質に保つことができる。例えば、配線用基材４２は、ラミネートなどの加熱および圧着工程で配線形態を維持するものとなるため、１３０℃〜１８０℃の処理温度で溶融しない材料であることが好ましい。また、その融点は前記処理温度より５０℃以上高い温度であることが好ましい。融点は、前記したポリエチレンナフタレートおよびポリエチレンテレフタレートで、ともに２６０℃である。
また、配線用基材４２は透光性および絶縁性を有するものであればその材質は樹脂に限定されず、例えばガラス板を用いたり、透明樹脂と透明ガラス繊維とを組み合わせた透光性強化樹脂なども用いることができる。また、配線４１を配線用基材４２に固定する接着材４３も透光性であることが、裏面からの光入射量を大きくすることができる点で好ましい。
配線４１は、配線基板４の長手方向に延設されており、第１配線４１１と第２配線４１２とを含む構成とされている。第１配線４１１および第２配線４１２は、その上に配置される太陽電池セル２のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７に対応させて、ＭＤ方向に延設されている。
これらの第１配線４１１および第２配線４１２は断面が円形状のワイヤ銅線であり、配線用基材４２の表面に接着材４３によって貼り付けられて、配線パターンを構成している。第１配線４１１と第２配線４１２とは、ＭＤ方向に交差する方向であるＴＤ方向に対して、交互に一定の間隔で配置されている。
個々の第１配線４１１は、配線用基材４２上に形成された接着材４３に部分的に埋もれて、その下面だけでなく、両側面の一部が接着材４３に接している（図９（ａ）参照）。これは第２配線４１２についても同様とされている。
配線基板４の配線用基材４２として樹脂フィルム材を使用する場合は、ロール状に巻き取りながら製造する際のＭＤ方向（巻き取り方向）とＴＤ方向（ＭＤ方向に対して交差する方向）とで、熱収縮率に数倍から数十倍の差が発生する。例えば、一般的なＰＥＴフィルムでは、１５０℃、３０分間の加熱処理に対して、ＭＤ方向で約２％、ＴＤ方向で約０．２％であることにかんがみれば、電極パターンが細かく設計マージンの少ない方向をＴＤ方向とすることで、十分に熱収縮の影響の小さい配線用基材４２とすることができる。また、ＰＥＴなどのフィルム状基材に比べ熱伸縮率の小さいガラスや透明樹脂と透明ガラス繊維とを組み合わせた透光性強化樹脂なども用いることができる。
また、配線基板４における第１配線４１１および第２配線４１２との本数は太陽電池セル２のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の形状や大きさ等に応じて、任意の本数を選択することができる。例えば、複数の太陽電池セルを直列方向に並べた１列分に対応する配線用基材４２上に接着材４３を塗布して、その１列分に対応した長さの配線４１を太陽電池セルの電極と同じ間隔で同じ本数を設置する。その後、太陽電池セルを配置した際に、隣接する太陽電池セル同士が電気的に直列接続となるように配線４１を部分的にレーザーなどで切断することにより、配線パターンを形成することができる。
このような配線基板４に対し、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、複数の太陽電池セル２が配線基板４上に隣接して配置される。
図６および図７は、太陽電池セル２と配線基板４との配置形態の例を示す説明図である。これらの図面では、太陽電池セル２の裏面側に対する、配線基板４の第１配線４１１および第２配線４１２との配置関係を、配線基板４および太陽電池セル２の裏面側から見た様子を示している。
太陽電池セル２は、裏面側に複数のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７を有しており、隣り合う太陽電池セル２のｎ型用電極２６とｐ型用電極２７とが、配線基板４の配線４１によって接続されている。これにより、配線４１と、配線４１に接続されたｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７とからなる組が複数設けられ、隣接する太陽電池セル２が接続されている。本実施形態においては、ｎ型用電極２６、ｐ型用電極２７、および配線４１は、直線状に配置されている。
このように直線状の配置とすることによって、本実施形態においては配線４１に断面円形状のワイヤ銅線の採用することを可能としている。従来の平型銅線や、銅箔をパターニングして形成される配線パターンと異なり、ワイヤ銅線は予め屈曲させた形状にして配線用基材４２上に接着していくことは困難である。直線配置とすることで、直線状に引き伸ばしたワイヤ銅線を配線用基材４２上にそのまま接着して配線４１として固定することができ、固定後にレーザー加工や機械加工等で所定の位置の配線４１を除去することによって容易に配線４１を第１配線４１１と第２配線４１２に分けることができる。
図６に示す形態では、配線基板４は、隣接する太陽電池セル２のうち、一方の太陽電池セル２のｎ型用電極２６と、他方の太陽電池セル２のｐ型用電極２７とを接続するように設けられる。配線基板４の配線４１のうち、第１配線４１１は、一つの太陽電池セル２のｎ型用電極２６と、これに隣接する太陽電池セル２のｐ型用電極２７に接続されている。また、第２配線４１２は、一つの太陽電池セル２のｐ型用電極２７と、これに隣接する太陽電池セル２のｎ型用電極２６に接続されている。
太陽電池セル２内部で発生した電流の多くは直下の電極であるｎ型用電極２６またはｐ型用電極２７に向かって流れ、さらに直下の配線４１（第１配線４１１または第２配線４１２）に向かって流れる。したがって、配線４１が接続されるｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の一方端部から他方端部まで配線４１を配置することにより、太陽電池セル２から集まった電流を配線４１に流すことができ、配線４１の長手方向のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の抵抗を小さくする必要がなく、その厚みを薄くすることができ、高価な電極材料の使用量を低減することができる。
図６において、配線基板４の各配線４１は、ｎ型用電極２６の一方端部から隣接する太陽電池セル２のｐ型用電極２７の他方端部までの長さとほぼ同じ長さとされている。配線４１の長さは特に規定されるものではないが、図６のような構成にすることによって、ｎ型用電極２６やｐ型用電極２７よりも電気抵抗の小さい各配線４１を通じて太陽電池セル２全体の電流を収集することができ、それによって集電する際の抵抗ロスを抑えて集電効率を向上させることができる点で好ましい。また、太陽電池セル２の裏面上で電極が配置された領域は光入射が期待できないので、電極全体に沿うように配線４１が重なっていても、裏面側受光領域の面積が大きく減少することはない。
図７に示す形態においては、配線基板４は、隣接する太陽電池セル２のうち、一方の太陽電池セル２のｎ型用電極２６と、他方の太陽電池セル２のｐ型用電極２７とを接続するように設けられている。この場合、配線４１は、ｎ型用電極２６の中央から隣接する太陽電池セル２のｐ型用電極２７の中央まで配置されている。すなわち、例えば、配線基板４の第１配線４１１は、一つの太陽電池セル２のｎ型用電極２６の中央から、これに隣接する太陽電池セル２のｐ型用電極２７の中央までの間に接続されている。
こうして配線基板４の配線４１（第１配線４１１および第２配線４１２）によって、隣り合う太陽電池セル２の極性の異なる電極同士が互いに接続されて、これがセル配列方向に繰り返されることによって、複数の太陽電池セル２が電気的に直列に接続される。このように、裏面電極と配線４１とが重なる部分を小さくすることによって、裏面側受光領域を大きくすることができ、発電効率を向上することができる。集電効率と発電効率とのバランスを考慮し、太陽電池モジュールとしての発電性能が最も高くなるように、裏面電極と配線４１とが重なる領域の大きさを適宜調整することができる。
太陽電池セル２内部で発生した電流の多くは直下の電極であるｎ型用電極２６またはｐ型用電極２７に向かって流れ、さらに直下の配線４１（第１配線４１１または第２配線４１２）に向かって流れる。したがって、配線４１が接続されるｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の一方端部から他方端部まで配線４１を配置することにより、太陽電池セル２から集まった電流を配線４１に流すことができ、配線４１の長手方向のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の抵抗を小さくする必要がなく、その厚みを薄くすることができる。
図８は、太陽電池セル２を電極形成面である裏面側から見た平面図である。ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７とは、太陽電池セル２を基板面内において１８０°回転させた場合に、ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７の位置が入れ替わるように配置されていることが好ましい。すべての太陽電池セル２の電極をこのような配置にすることによって、直列接続される太陽電池セル２を１枚おきに１８０°反転させて設置したとき、配線４１であるワイヤ銅線などを直線的に用いて、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７に接続することができる。これにより、生産効率が高くなるだけでなく配線４１への応力負荷も低減されるため、太陽電池セル２間の配線の信頼性が向上する。
ここで、「ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７の位置が入れ替わる」とは、太陽電池セル２を基板面内において１８０°回転させた場合に、ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７の位置が完全に一致することを意図したものではなく、電極の配設位置の少なくとも半分が重なるものであればよい。
また、ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７とが、太陽電池セル２の基板面内の一方向に交互に配置されている場合には、太陽電池セル２を基板面内において１８０°回転させることによって、ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７の少なくとも一方の配設位置が入れ替わることが好ましい。
（配線基板と太陽電池セルとの固定方法）
本実施形態に係る裏面電極型の太陽電池セル２と配線基板４との固定方法について図９を参照しつつ説明する。図９は、太陽電池セル２と配線基板４との固定方法を示す断面説明図である。なお、ここでは、配線基板４上の第１配線４１１と第２配線４１２とを区別することなく配線４１として説明する。
図９（ａ）に示すように、シリコン基板２１の片面上に所定の間隔を空けて設けられたｎ型用電極２６とｐ型用電極２７とを含む太陽電池セル２と、配線基板４と対向させて配置する。配線基板４の配線４１は、円形状の断面を有しており太陽電池セル２のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７の電極パターンに対応させた位置に配置され、配線用基材４２上に接着材４３を用いて固定されている。第１配線４１１および第２配線４１２を含む配線４１は、第１電極２６および第２電極２７と同じピッチで配置されている。
複数の配線４１間には絶縁性接着材等の未硬化の固定樹脂９２が配設される。固定樹脂９２は、配線用基材４２と太陽電池セル２とを固定するものであり、配線４１が配置されていない領域の配線用基材４２上の少なくとも一部に設置される。固定樹脂９２は、配線用基材４２と太陽電池セル２とを固定するための接着材であり、最終的に太陽電池モジュールが完成した段階で透光性を有する。
接着材４３と固定樹脂９２は同じ材料を使用することもできるし、異なる材料を使用することも可能であるが、配線４１を固定する接着材４３は硬化状態での耐熱性がより高い方が配線４１の固定位置を高精度に保つために好ましく、熱で軟化することのない熱硬化性樹脂であることがより好ましい。もしくは、接着材４３は、断面円形状の配線４１を位置ずれさせることなく配線用基材４２上に固定するために、押圧させるだけで固定できる粘着材であることが好ましい。また、固定樹脂９２は太陽電池セル２裏面の電極が形成されていない裏面側受光領域上に設置されてもよい。
固定樹脂９２の設置方法としては、例えば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法を挙げることができる。なかでも、スクリーン印刷を用いることが好ましい。簡易に、低コストで、かつ短時間で固定樹脂９２を設置することができる。
固定樹脂９２は、太陽電池セル２のｎ型用電極２６とｐ型用電極２７との間の裏面側受光領域上のみに配置され、裏面電極と配線４１との間に侵入しないようにされていることが、太陽電池セル２の電極と基材の配線との間の電気的な接続の安定性の向上が期待できる点で好ましい。
なお、太陽電池セル２の電極間および配線基板４の配線４１間のそれぞれに固定樹脂９２を設置してもよい。
固定樹脂９２としては、Ｂステージ化可能な樹脂を用いることができる。Ｂステージ化可能な樹脂とは、液体状態の未硬化の固定樹脂９２を加熱したとき、粘度が上昇して硬化状態（第１の硬化状態）となり、その後、温度が上昇すると粘度が低下して軟化し、その後さらに温度が上昇すると再度粘度が上昇して硬化状態（第２の硬化状態）となる樹脂のことをいう。
次に、未硬化の固定樹脂９２を硬化させ、第１の硬化状態とする。未硬化の固定樹脂９２は、例えば、加熱または紫外線などの光の照射によって硬化して第１の硬化状態となる。これにより、固定樹脂９２は、未硬化の状態と比べて、粘着力および流動性が低下した第１の硬化状態を得ることができる。
第１の硬化状態の固定樹脂９２は、常温（約２５℃）における未硬化状態と比べて粘度が高く、形状保持性（外力を加えない限り変形しない性質）を有しており、かつ接着性の低い状態（固定樹脂９２の表面に太陽電池セル２や配線基板４を接触させても、固定樹脂９２が付着しない程度の接着性を有する状態）であることが好ましい。この場合には、後述する接合部材９１を設置する工程において、生産性の高い印刷工程を採用することが可能となる。
また、後述する太陽電池セル２と配線基板４とを重ね合わせる工程において、これらを重ね合わせた後においても、太陽電池セル２と配線基板４とを容易に取り外しできる傾向にある。そのため、配線基板４の配線４１と太陽電池セル２のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７とを仮接着したり、位置合わせを容易かつ高精度に行ったりすることが可能となる。
加熱によって未硬化状態の固定樹脂９２を第１の硬化状態とする場合、その温度は、後述する第１の硬化状態の固定樹脂９２が軟化する温度、および軟化状態から第２の硬化状態となる温度よりも低いことが好ましい。加熱温度を制御することで、未硬化状態の固定樹脂９２が軟化状態や第２の硬化状態まで進行してしまうことを防止する。
次に、太陽電池セル２のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７のそれぞれの表面に接合部材９１を設置する。接合部材９１としては、例えば半田などの導電性物質を含む材質を用いることができる。接合部材９１は、例えば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法により設置することができる。また、太陽電池セルの電極に接合部材を設置するのではなく、あらかじめ半田めっきを施した配線４１を使用することもできる。なお、固定樹脂９２による接続で、互いに接触した太陽電池セル２の裏面電極と配線基材４上の配線４１との間の電気的接続をとることができれば、接合部材９１はなくともよい。また、接合部材９１や固定樹脂９２は、それぞれの戴置される領域全面に配置されている必要はなく、それら領域の中で部分的に配置されていてもよい。
図９（ｂ）に示すように、配線基板４の上に太陽電池セル２を配置し、重ね合わせる。太陽電池セル２と配線基板４との重ね合わせは、太陽電池セル２のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７が、それぞれ絶縁性の配線基板４上に設けられた対応する配線４１に、接合部材９１を介して対向するようにして行われる。
重ね合わせた太陽電池セル２と配線基板４とを加圧しながら加熱し、または光を照射することによって、太陽電池セル２と配線基板４とを貼り合わせる。第１の硬化状態の固定樹脂９２は、第１の硬化状態から、粘度が低下して軟化し、軟化状態になる。
太陽電池セル２の電極間に位置する軟化状態の固定樹脂９２は、太陽電池セル２と配線基板４の配線用基材４２との間で変形して、配線４１間に入り込む。また、接合部材９１中の導電性物質も加熱されることによって溶融し、太陽電池セル２の電極と配線用基材４２の配線４１との間で変形する。
その後、軟化状態の固定樹脂９２がさらに加熱または紫外線などの光の照射によって粘度が上昇して再度硬化し、第２の硬化状態になる。第２の硬化状態では樹脂の架橋反応による硬化であるため、固定樹脂９２は再度軟化することがなく、安定した状態となる。すなわち、太陽電池セル２と配線基板４とを、精度よく強固に接合することが可能となる。
上述のように太陽電池セル２と配線基板４を圧着すると、太陽電池セル２の第１電極２６および第２電極２７と、複数の配線４１とが電気的に接続され、太陽電池ストリング３を形成することができる。また、このような複数の配線４１が固定された配線基板４と複数の太陽電池セル２を圧着することにより、隣接する太陽電池セル２の配線接続を一度に行うことが可能となり、生産効率が大幅に向上する。
また、配線基板４を用いることによって配線４１に断面円形状のワイヤ銅線を採用しても、太陽電池セル２の裏面電極と配線４１とを接続するときの位置精度を高くすることができる。例えば、従来の平型銅線で形成されたインターコネクタであれば、平面上に置いても位置がずれることはなく、また、吸着部を有するロボットアームなどで位置精度よく保持できるところ、ワイヤ銅線は平面上に置いても転がってしまい位置が不安定となり、またロボットアームなどの吸着部でも保持がし難い。本願発明においては、配線用基材４２上に配線４１が予め固定されているので、ワイヤ銅線であっても位置ずれを抑制でき、高精度に位置を合わせて、太陽電池セル２と配線基板４とを接続することを可能とした。そして、断面円形状の配線４１を採用することによって、配線抵抗を抑えつつ、太陽電池セル２裏面の裏面側受光領域への光入射量を大きくすることができ、裏面電極型の太陽電池セル２を用いた、高効率の両面受光型太陽電池モジュールを実現している。
さらに、太陽電池セル２と配線基板４とが固定樹脂９２により固定された状態で、太陽電池ストリング３を封止する封止工程が行われ、封止工程の加熱により接合部材９１が溶融するため、非常に簡易にかつ確実に、太陽電池セル２の第１電極２６および第２電極２７と、配線用基材４２の配線との電気的な接続を行うことが可能となる。配線用基材４２と封止材が別体であるので、封止工程で封止材が軟化溶融しても、配線用基材４２上に固定された配線４１の位置が大きく変位することはなく、太陽電池セル２の裏面電極と、配線４１との接続の位置精度を高く保つことができる。
（太陽電池モジュール）
図２および図３に示したように、太陽電池モジュール１は、透光性基材８１、封止樹脂８３、太陽電池ストリング３、封止樹脂８３、裏面側保護材８２となるように重ねて配置され、加熱および加圧を行うことで封止される。加熱は、例えば１６０℃で行われる。このように重ねた状態で加熱することで、熱可塑性樹脂である封止樹脂８３が軟化し、その後冷却されて硬化する。封止樹脂８３が硬化する際に、太陽電池セル２の電極と配線基板４の配線４１とが機械的に圧着されて、電気的な接続がより確実なものとなる。これにより、透光性基材８１、太陽電池セル２、配線基板４、および裏面側保護材８２が一体となった太陽電池モジュール１となされる。
太陽電池セル２および配線基板４は、透光性基材８１と裏面側保護材８２との間に配置されている。透光性基材８１と裏面側保護材８２との間は封止樹脂８３によって封止されている。封止樹脂８３および配線用基材４２は、透光性を有し、裏面側保護材８２は光を反射する特性を有している。
裏面側保護材８２で反射した太陽光ＳＬは、太陽電池セル２の裏面側へ入射する。配線基板４の配線用基材４２および固定樹脂９２は、透光性を有しているため、裏面側から入射した太陽光ＳＬは太陽電池セル２に入射可能となる。
このように太陽電池セル２は、表裏両面からの光入射が可能な両面受光型の構成であることから、太陽電池モジュール１における発電効率を高めることが可能となる。配線基板４の断面円形状の配線４１は、太陽電池セル２に対する投影面積を抑えつつも抵抗ロスを減らすことができる。その上、配線４１の表面は曲面であることから裏面側から入射した光を乱反射させることができ、乱反射した光の一部が太陽電池セル２の裏面側に入射することによって、裏面側受光領域での発電量を増大させることを可能にする。
配線４１は断面円形状であることから、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７との接触面積が小さく、配線４１の位置ずれが発生したり接触不良となったりする可能性が高いものである。特に、両面受光型の太陽電池セル２として、配線４１の幅を極力小さくして形成されていることから、位置ずれに対する許容度が低くなる。これに対して、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、配線４１を接着材４３によってあらかじめ配線用基材４２に固定した配線基板４を用いて構成している。これにより、配線４１とｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７とを精度よく接続することが可能となり、位置ずれや接触不良の発生を防止することができる。
図１０は、配線基板４上に複数の太陽電池セル２が直列接続された列を、太陽電池セル２の直列接続方向に交差する方向で複数並列させた太陽電池モジュール１を、裏面側から透視的に見たときの一例を示す平面図である。隣り合う一方の配線基板４のうち、例えば図１０において上段の配線基板４の左端に配置された太陽電池セル２ａからは配線基材４２の左端部方向に、ｎ型用電極２６ａに接続された第１配線４１１ａが延伸され、下段の配線基板４の左端に配置された太陽電池セル２ｂからは配線基材４２の左端部方向にｐ型用電極２７ｂに接続された第２配線４１２ｂが延伸されている。それらの第１配線４１１ａと第２配線４１２ｂとは、例えばはんだなどの導電性部材を用いてバスバー配線５０で互いに電気的に接続される。また、各配線基板４の図１０における右端部でもそれぞれ配線４１が左端と同様に右端側に延伸しており、それらにもバスバー配線５０が接続されている。これら右端部の各バスバー配線５０は太陽電池モジュール１で発生した電流を外部に取り出すための外部取り出し配線（図示せず）などにそれぞれ接続される。
また、本実施形態の太陽電池モジュール１では、太陽電池セル２の表面が向く方向からの日射のみでも、両面受光型太陽電池モジュールとして動作できるので、太陽電池モジュール１を設置する際は、通常の片面受光の太陽電池モジュールと同様にして構わない。よって、本実施形態の太陽電池モジュール１は、住宅や工場などの屋根上に設置される太陽光発電システムに好適である。
（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係る太陽電池モジュール１を構成する太陽電池セル２の裏面側の平面図である。この実施形態に係る太陽電池モジュール１は、実施形態１に係る太陽電池モジュール１における太陽電池セル２と、電極パターンが異なっている。
図示するように、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７は複数の島状部分に分離されており、配線４１は、複数の島状のｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７に電気的に接続されている。ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７を複数の島状部分に分離することにより、電極金属の使用量を削減することができ、太陽電池セル２の製造コストを抑えることができるとともに、太陽電池セル２の裏面の電極で覆われた領域を減らして裏面側受光領域を大きくし、発電効率を向上させることができる。
なお、太陽電池モジュール１に適用される太陽電池セル２の電極パターンは、図１および図１１に示される形態に限定されない。例えば、図１における全てのｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７に図示しないフィンガー電極がまたがって接続された構成であってもよく、多様な電極パターンを有する太陽電池セル２を適用することができる。
（実施形態３）
図１２は実施形態３に係る太陽電池モジュール１の概略断面図であり、図１３は実施形態３に係る太陽電池モジュール１の他の例を示す概略断面図である。この実施形態に係る太陽電池モジュール１には、裏面側保護材８２として透光性基材であるガラスが用いられている。
すなわち、太陽電池モジュール１は、透光性基材８１（ガラス）と裏面側保護材８２（ガラス）との間に太陽電池セル２および配線基板４が配置されている。透光性基材８１（ガラス）と裏面側保護材８２（ガラス）との間は、透光性を有する封止樹脂８３によって封止されている。したがって、封止樹脂８３、配線用基材４２および裏面側保護材８２（ガラス）は、いずれも透光性を有している。
配線基板４と裏面側保護材８２（ガラス）との間には、封止樹脂８３が介在しているが、太陽電池モジュール１の裏面側から入射した太陽光ＳＬは、裏面側保護材８２（ガラス）および封止樹脂８３を透過し、太陽電池セル２に入射可能な構造とされる。これにより、太陽電池モジュール１では、太陽電池セル２に入射する光を増加させ、発電量の改善が可能となる。
また、図１３に示すように、配線基板４の配線用基材４２としてガラスが用いられてもよい。この場合、配線用基材４２を構成するガラスにおいて裏面側保護材８２を兼ねることができ、製造コストを抑えることが可能となる。
また、本実施形態の太陽電池モジュールでは太陽電池モジュールの表面と裏面の両方から日射を受けることで両面受光型太陽電池モジュールとしての性能が発揮できる。よって、本実施形態の太陽電池モジュールは、モジュール背面が空いて日射が期待できる、陸屋根や野立ての産業用太陽光発電システムや、フェンスのように垂直に設置される発電システム、採光型の太陽光発電システムなどに好適である。
（実施例）
本発明に係る両面受光型太陽電池モジュールの実施例として、太陽電池モジュール１を構成する太陽電池セル２と配線基板４を次のように形成した。
太陽電池セル２は、シリコン基板２１の裏面に並べて配設するｎ型用電極２６同士の電極ピッチ、ｐ型用電極２７同士の電極ピッチを、１．６ｍｍとして構成した。すなわち、ｎ型用電極２６とｐ型用電極２７とを０．８ｍｍの間隔で交互に並べて配設した。
これに対し、配線基板４を構成する断面円形状の配線４１を、直径１７０μｍのワイヤ銅線とした。このワイヤ銅線の断面積は０．０２４５ｍｍ2となる。
太陽電池モジュール１において、配線４１、ｎ型用電極２６およびｐ型用電極２７のいずれも配設されていない領域と、これらのうちのいずれかが配設された領域との幅比率は、０．６３ｍｍ／０．１７ｍｍとなった。
比較例として、配線基板に、厚さ３５μｍの銅箔を用いて、前記実施例の銅線断面積と共通する断面積を有するように配線パターンを形成する。この場合、比較例の配線基板を備える太陽電池モジュールにおいて、銅配線、ｎ型用電極およびｐ型用電極のいずれも配設されていない領域と、これらのうちのいずれかが配設された領域との幅比率は、０．１ｍｍ／０．７ｍｍとなった。
したがって、実施例に係る太陽電池モジュール１では、太陽電池セル２の裏面側から入射する太陽光ＳＬを増加させ、発電領域の拡大が可能なことが示された。
以上、本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、太陽光発電システムを構成する太陽電池モジュールとして好適に利用可能である。
１ 太陽電池モジュール（両面受光型太陽電池モジュール）
２ 太陽電池セル
２１ シリコン基板
２２ 反射防止膜
２３ ｎ型不純物拡散領域
２４ ｐ型不純物拡散領域
２５ パッシベーション膜
２６ ｎ型用電極（第１電極）
２７ ｐ型用電極（第２電極）
３ 太陽電池ストリング
４ 配線基板
４１ 配線
４１１ 第１配線
４１２ 第２配線
４２ 配線用基材
４３ 接着材
５０ バスバー配線
８１ 透光性基材
８２ 裏面側保護材
８３ 封止樹脂
９１ 接合部材
９２ 固定樹脂
ＳＬ 太陽光

Claims (5)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一方の面に互いに異なる極性の第１電極および第２電極を備える複数の太陽電池セルと、
    配線用基材の一方の面に複数の配線が固定された配線基板とを有しており、
    所定のセル配列方向に沿って複数の太陽電池セルが前記配線によって電気的に接続されてなる両面受光型太陽電池モジュールであって、
    前記配線は、セル配列方向に沿って延びる断面円形状の導電材であり、前記セル配列方向に交差する方向に互いに並行する第１配線および第２配線を含み、
    前記配線用基材は透光性を有し、
    前記配線基板には前記第１配線と前記第２配線との間にいずれの配線も設けられず前記配線用基材が露出する透光部分が備えられ、
    前記太陽電池セルは、前記第１電極および前記第２電極のどちらも配設されていない受光領域が前記半導体基板の一方の面に設けられるとともに、前記太陽電池セルの前記受光領域と前記配線基板の前記透光部分との間の少なくとも一部分に透光性固定樹脂が配設されていることを特徴とする両面受光型太陽電池モジュール。
  2. 請求項１に記載の両面受光型太陽電池モジュールにおいて、
    前記配線基板上に第１の太陽電池セルと第２の太陽電池セルとが隣接して配置されており、
    前記第１配線が前記第１の太陽電池セルの前記第１電極および前記第２の太陽電池セルの前記第２電極に接続され、前記第２配線が前記第１の太陽電池セルの前記第２電極および前記第２の太陽電池セルの前記第１電極に接続されていることを特徴とする両面受光型太陽電池モジュール。
  3. 請求項２に記載の両面受光型太陽電池モジュールにおいて、
    前記太陽電池セルの前記第１電極および前記第２電極は、前記太陽電池セルの一辺に沿った第１方向に直線状に配置されるとともに、前記第１方向に交差する第２方向に交互に並んで配置されており、
    前記第１配線および前記第２配線は、前記第１電極および前記第２電極に対応して前記第１方向に延び、前記第１配線と前記第２配線とが前記第２方向に交互に配置されていることを特徴とする両面受光型太陽電池モジュール。
  4. 請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の両面受光型太陽電池モジュールにおいて、
    前記配線と、前記第１電極および前記第２電極とは、前記半導体基板の他方の面から投影された場合において、前記第１電極および前記第２電極の投影領域が、前記第１配線および前記第２配線の投影領域に含まれることを特徴とする両面受光型太陽電池モジュール。
  5. 請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の両面受光型太陽電池モジュールにおいて、
    前記太陽電池セルおよび前記配線基板は、前記半導体基板の一方の他方の面に第１の透光性封止材および透光性基材を順に備え、前記配線基板の他方の面に第２の透光性封止材および透光性の背面保護材を順に備えることを特徴とする両面受光型太陽電池モジュール。
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