JP2022025933A

JP2022025933A - 太陽電池ストリング

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Publication number: JP2022025933A
Application number: JP2020129136A
Authority: JP
Inventors: 将典福田; Masanori Fukuda
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-02-10

Abstract

【課題】シングリング接続される太陽電池セル同士の物理的な接続性を向上させた太陽電池ストリングを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、シングリング接続される複数の太陽電池セルと、太陽電池セル同士を接続する接続部材と、を備え、隣り合う太陽電池セルの一方は、受光面に受光面側集電電極を有し、他方の太陽電池セルは、裏面に裏面側集電電極を有し、受光面側集電電極は、多孔質の第一電極膜と、非被覆領域が複数形成されるように第一電極膜に重ねられる第二電極膜とを有し、裏面側集電電極は、多孔質の第三電極膜と、非被覆領域が複数形成されるように第三電極膜に重ねられる第四電極膜とを有し、第二電極膜と第四電極膜とが互いに接し且つ接続部材が非被覆領域を通じて第一電極膜と第三電極膜とに接した状態で受光面側集電電極と裏面側集電電極との間に位置している、ことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、シングリング接続された複数の太陽電池セルを備える太陽電池ストリングに関する。

従来から、短冊状である複数の太陽電池セルを、例えば、屋根板を葺くように、隣接する太陽電池セルの長辺が互いに重なるように並べ、重なった太陽電池セルの端部同士を接続した太陽電池ストリングを備えたソーラーモジュールが知られている（特許文献１）。この太陽電池ストリングでは、太陽電池セルを重ねて配置し、隣り合う太陽電池セル間の隙間を無くすことで太陽電池ストリング内での太陽電池セルの充填率を向上させ、これにより、モジュール効率を高めている。

特表２０１７－５１７１４５号公報

ところで、上述のように太陽電池セルを重ねて配置する太陽電池ストリング、即ち、複数の太陽電池セルがシングリング接続（ｓｈｉｎｇｌｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）された太陽電池ストリングでは、隣り合う太陽電池セルは、一の太陽電池セルの裏面に位置する電極と他の太陽電池セルの受光面に位置する電極とを、例えば、導電性材料を用いて接続される。この接続部に外力がかかると、電極間の導通不良が発生するおそれがあった。

そこで、本発明は、シングリング接続される太陽電池セル同士の物理的な接続性を向上させた太陽電池ストリングを提供することを課題とする。

本発明の太陽電池ストリングは、
端部同士がオーバーラップするようにシングリング接続される複数の太陽電池セルと、
前記複数の太陽電池セルのうちの隣り合う太陽電池セルの前記端部同士を接続する接続部材と、を備え、
前記隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルは、一方の主面である受光面における前記隣り合う太陽電池セルのうちの他方の太陽電池セルとオーバーラップする領域に受光面側集電電極を有し、
前記他方の太陽電池セルは、他方の主面である裏面における前記一方の太陽電池セルとオーバーラップする領域に裏面側集電電極を有し、
前記受光面側集電電極と前記裏面側集電電極とは、前記接続部材を介して対向し、
前記受光面側集電電極は、少なくとも接続部材側の面である表面が多孔質である第一電極膜と、前記第一電極膜の前記表面が覆われない非被覆領域が複数形成されるように該第一電極膜の前記表面に重ねられる第二電極膜と、を有し、
前記裏面側集電電極は、少なくとも接続部材側の面である表面が多孔質である第三電極膜と、前記第三電極膜の前記表面が覆われない非被覆領域が複数形成されるように該第三電極膜の前記表面に重ねられる第四電極膜と、を有し、
前記接続部材は、前記非被覆領域を通じて前記第一電極膜と前記第三電極膜とのそれぞれに接した状態で前記受光面側集電電極と前記裏面側集電電極との間に位置している。

このように、少なくとも表面が多孔質の第一電極膜と第三電極膜とのそれぞれに接続部材が接することでの各接触部位での接触面積の増大やアンカー効果等によって第一電極膜と接続部材との間及び第三電極膜と接続部材との間の接続強度がそれぞれ十分に確保され、これにより、受光面側集電電極と裏面側集電電極との物理的な接続性、即ち、端部同士を重ねた状態で隣り合う太陽電池セル同士の物理的な接続性が向上する。

また、前記太陽電池ストリングでは、
前記受光面側集電電極と前記裏面側集電電極との間において、前記第二電極膜と前記第四電極膜とが互いに接していることが好ましい。

かかる構成によれば、受光面側集電電極と裏面側集電電極との間の導通性がより向上する。

以上より、本発明によれば、シングリング接続される太陽電池セル同士の物理的な接続性を向上させた太陽電池ストリングを提供することができる。

図１は、本実施形態に係る太陽電池ストリングの分解斜視図である。図２（ａ）は、前記太陽電池ストリングが備える太陽電池セルを受光面側から見た図であり、図２（ｂ）は、前記太陽電池セルを裏面側から見た図である。図３は、図２（ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ位置における断面図である。図４は、前記太陽電池セル同士の接続状態を説明するための断面図である。図５は、前記太陽電池セルが有するバスバー電極の製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図５を参照しつつ説明する。尚、以下の説明における「太陽電池セル」とは、「太陽電池ストリング」を構成する個々の板状部分を指す名称である。また、図面は本実施形態の構成を略示したものであって設計図面とは異なる。このため、図中の寸法関係は必ずしも正しくない点がある。

本実施形態に係る太陽電池ストリングは、図１～図４に示すように、端部同士がオーバーラップするようにシングリング接続される複数の太陽電池セル１と、複数の太陽電池セル１のうちの隣り合う太陽電池セル１の前記オーバーラップしている端部同士を接続する接続部材６と、を備える。尚、シングリング接続とは、太陽電池セル１の端部に配置された電極４１２、４２２同士を重ねた状態で隣り合う太陽電池セル１同士を接続することである。

複数の太陽電池セル１のそれぞれは、板状の光電変換部２と、光電変換部２の主面２０１、２０２に配置された集電電極４と、光電変換部２に積層される透明導電層３と、透明導電層３に積層される無機層７と、を備える。本実施形態の太陽電池セル１は、矩形の板状であり、光電変換部２の各主面２０１、２０２のそれぞれに透明導電層３と無機層７とが積層されている。尚、以下の説明では、太陽電池セル１の短辺方向を直交座標系のＸ軸方向とし、太陽電池セル１の長辺方向を直交座標系のＹ軸方向とし、太陽電池セル１の厚さ方向を直交座標系のＺ軸方向とする。

光電変換部２は、Ｚ軸方向と直交する方向に広がる導電型結晶シリコン基板２１（以下、「シリコン基板２１」とも称する。）と、シリコン基板２１のＺ軸方向の両側に配置される導電型シリコン系薄膜２２、２３と、を有する（図３参照）。本実施形態の光電変換部２は、シリコン基板２１と導電型シリコン系薄膜２２、２３との間に配置される真性シリコン系薄膜２４、２５も有する。即ち、本実施形態の光電変換部２では、シリコン基板２１の一方の主面（図３におけるシリコン基板２１の上面：第一主面）２１１に、真性シリコン系薄膜２４と導電型シリコン系薄膜２２とが順に積層され、シリコン基板２１の他方の主面（図３におけるシリコン基板２１の下面：第二主面）２１２に、真性シリコン系薄膜２５と導電型シリコン系薄膜２３とが順に積層されている。

本実施形態のシリコン基板２１は、ｎ型単結晶シリコン基板である。また、シリコン基板２１の第一主面２１１側に配置される第一導電型シリコン系薄膜２２は、ｐ型の導電型シリコン系薄膜であり、シリコン基板２１の第二主面２１２側に配置される第二導電型シリコン系薄膜２３は、ｎ型の導電型シリコン系薄膜である。これら第一導電型シリコン系薄膜２２及び第二導電型シリコン系薄膜２３の膜厚は、それぞれ２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

透明導電層３は、光電変換部２の一方の主面（図３における光電変換部２の上面：受光面）２０１側に配置される第一透明導電層３１と、光電変換部２の他方の主面（図３における光電変換部２の下面：裏面）２０２側に配置される第二透明導電層３２と、を含む。透明導電層３の材料は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性金属酸化物である。透明導電層３の膜厚は、例えば、２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である。

集電電極４は、透明導電層３上に設けられた所謂パターン電極であり、光電変換部２の受光面に設けられる第一集電電極４１と、裏面２０２に設けられる第二集電電極４２と、を有する。集電電極４の厚みは、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下である。

第一集電電極４１は、複数の第一フィンガー電極４１１と、各第一フィンガー電極４１１が接続される第一バスバー電極４１２と、を有する。

複数の第一フィンガー電極４１１のそれぞれは、Ｘ軸方向に延び、これら複数の第一フィンガー電極４１１は、Ｙ軸方向に間隔をあけて配置されている。本実施形態の第一フィンガー電極４１１は、Ｙ軸方向に等間隔に配置されている。

第一バスバー電極４１２は、各第一フィンガー電極４１１と交差する方向に延びている。具体的に、第一バスバー電極４１２は、光電変換部２のＸ軸方向の端部において、各第一フィンガー電極４１１と直交する方向に延びている。本実施形態の第一バスバー電極４１２は、光電変換部２の受光面２０１のうちの隣り合う太陽電池セル１とオーバーラップした領域である第一領域２０１αにおいてＹ軸方向に延びている（図２（ａ）及び図４参照）。この第一バスバー電極４１２には、各第一フィンガー電極４１１のＸ軸方向の端部が接続されている。

詳しくは、第一バスバー電極４１２は、少なくとも接続部材６側の面である表面４１２１ａが多孔質である第一電極膜４１２１と、第一電極膜４１２１の表面４１２１ａが覆われない非被覆領域４１２２ａが複数形成されるように第一電極膜４１２１の表面４１２１ａに重ねられる第二電極膜４１２２と、を有する。

第一電極膜４１２１は、導電性粒子、熱硬化性樹脂、溶剤を含む導電性ペーストが焼成されることによって形成されたものであり、少なくとも表面４１２１ａに多数の孔を有する。尚、本実施形態においては、体積抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下であれば導電性であると定義する。また、導電性粒子としては、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、ビスマス、亜鉛、ガリウム、カーボン及びこれらの混合物等が用いられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂等が用いられる。

本実施形態の第一電極膜４１２１は、スクリーン印刷された銀ペーストが焼成されることによって形成された多孔質の電極膜である。この第一電極膜４１２１の厚みは、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下である。

第二電極膜４１２２は、第一電極膜４１２１上にめっき法によって積層されためっき層である。この第二電極膜４１２２は、第一電極膜４１２１上に形成された多数の粒状の金属（めっき法により形成された金属の粒）が数珠つなぎとなることで形成されており、粒状の金属間に形成された多数の隙間（非被覆領域）４１２２ａを有している。これにより、第一バスバー電極４１２をＺ軸方向から見たときに、第二電極膜４１２２の非被覆領域４１２２ａを通じて第一電極膜４１２１の表面４１２１ａが露出している。本実施形態の第二電極膜４１２２は、前記のように粒状の金属が数珠つなぎになることで形成されている。このため、第二電極膜４１２２の導電性は、銀ペーストが焼成されることで形成された第一電極膜４１２１の導電性より高い。

この第二電極膜４１２２は、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、等によって形成されるが、これらに限定されず、めっき法によって電極膜を形成可能な材料であればよい。

以上のような第一電極膜４１２１と、第一電極膜４１２１上に積層された第二電極膜４１２２と、によって構成される第一バスバー電極４１２は、透明導電層３上に以下のようにして形成される。

先ず、電極形成用の銀ペーストが透明導電層３上の第一バスバー電極４１２の配置が予定されている領域に塗布される（図５（ａ）参照）。このとき、塗布された銀ペースト（銀ペースト層）４１２１’の厚みは、例えば、１０μｍである。この銀ペースト層４１２１’が含む銀（Ａｇ）粒子の粒径は、例えば、１～５μｍである。ここで、粒子の粒径とは、電子顕微鏡で観察される粒子を球状で近似した場合の平均直径である。

この銀ペースト層４１２１’が積層された領域を含む太陽電池セル１の主面の略全面にわたり、無機層７が形成される（図５（ｂ）参照）。この無機層７の厚みは、例えば、１００ｎｍである。また、この無機層７は、後述のめっき法でめっきする際に、非めっき領域である太陽電池セル１の主面のマスク層としても機能するものであり、絶縁性を有する。無機層７は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着法等の種々の方法で形成できる。本実施形態の無機層７の材料は、例えば、ＳｉＯｘ（酸化ケイ素）であり、例えば、ＰＥＣＶＤにより形成される。

このように無機層７が形成された後、焼成される。この焼成によって、銀ペースト層４１２１’に含まれていた溶剤が揮発すると共に樹脂成分が凝縮し、これにより、銀ペースト層４１２１’の体積が減少すると共に多数の孔が形成され、多孔質の第一電極膜４１２１が形成される（図５（ｃ）参照）。この第一電極膜４１２１では、焼成によって銀ペースト層４１２１’の体積が減少すると共に多数の孔が形成されることで銀ペースト層４１２１’上に形成されていた無機層７が破壊されて第一電極膜４１２１（焼成後の銀ペースト）の表面４１２１ａが露出した状態となっている。

次に、第一電極膜４１２１上にめっき法で電極膜を形成することで、多数の粒状の金属が数珠つなぎとなっている第二電極膜４１２２が形成され、これにより、第一バスバー電極４１２が形成される。より具体的に説明すると、上述の焼成によって形成された孔では、第一電極膜４１２１が大きく露出しているため、めっきプロセスの初期において、そこを起点としてめっきのシード部が生じる。さらに、シード部がめっきプロセスを経てドーム状のめっき電極へとさらに成長する。そして、近傍のドーム状のめっき電極が接触し融合することにより、多数の粒状の金属が数珠つなぎとなっている第二電極膜４１２２となる。ここで、めっき法で得られる電極膜では、ち密な金属が連結していることにより電気伝導性が高い一方で、表面がなめらかであるため、接着性の観点からはアンカー効果が得られ難い。

第二集電電極４２は、第一集電電極４１と同じ構成を有し、各構成４２１、４２２は、Ｘ軸方向の位置が逆になるように配置されている（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。具体的に、第二集電電極４２は、複数の第二フィンガー電極４２１と、各第二フィンガー電極４２１に接続される第二バスバー電極４２２と、を有する。

複数の第二フィンガー電極４２１のそれぞれは、Ｘ軸方向に延びている。これら複数の第二フィンガー電極４２１は、Ｙ軸方向に間隔をあけて配置されている。

第二バスバー電極４２２は、各第二フィンガー電極４２１と交差する方向に延びている。具体的に、第二バスバー電極４２２は、光電変換部２のＸ軸方向の端部において、各第二フィンガー電極４２１と直交する方向に延びている。本実施形態の第二バスバー電極４２２は、光電変換部２の裏面２０２のうちの隣り合う太陽電池セル１とオーバーラップした領域である第二領域２０２αにおいてＹ軸方向に延びている（図２（ｂ）及び図４参照）。この第二バスバー電極４２２には、各第二フィンガー電極４２１のＸ軸方向の端部が接続されている。

詳しくは、第二バスバー電極４２２は、少なくとも接続部材６側の面である表面４２２１ａが多孔質である第三電極膜４２２１と、第三電極膜４２２１の表面４２２１ａが覆われない非被覆領域４２２２ａが複数形成されるように第三電極膜４２２１の表面４２２１ａに重ねられる第四電極膜４２２２と、を有する。

この第三電極膜４２２１は、第一バスバー電極４１２の第一電極膜４１２１と同じ構成であり、第四電極膜４２２２は、第一バスバー電極４１２の第二電極膜４１２２と同じ構成である。また、第二バスバー電極４２２は、第一バスバー電極４１２と同様にして形成される。

以上のように構成される太陽電池セル１は、隣り合う太陽電池セル１とＸ軸方向の端部をオーバーラップさせている。具体的には、太陽電池ストリング１００において、隣り合う太陽電池セル１ａ、１ｂのうち一方の太陽電池セル１ａの第一バスバー電極４１２の少なくとも一部と、他方の太陽電池セル１ｂの第二バスバー電極４２２の少なくとも一部とが重なった状態で接続部材６を介して接続される。本実施形態の太陽電池ストリング１００では、Ｚ軸方向から見て、一方の太陽電池セル１ａの第一バスバー電極４１２の全部と、他方の太陽電池セル１ｂの第二バスバー電極４２２の全部とが接続部材６を介して重なった状態で該接続部材６によって接続されている。

接続部材６は、隣り合う太陽電池セル１ａ、１ｂ同士をシングリング接続する際に、バスバー電極４１２、４２２間に位置し、これらバスバー電極４１２、４２２同士を接続する（図４参照）。詳しくは、接続部材６は、隣り合う太陽電池セル１ａ、１ｂのうちの一方の太陽電池セル１ａの受光面２０１側の第一バスバー電極４１２と他方の太陽電池セル１ｂの裏面側の第二バスバー電極４２２とを接続する。より詳しくは、接続部材６は、非被覆領域４１２２ａ、４２２２ａを通じて第一電極膜４１２１と第三電極膜４２２１との各表面４１２１ａ、４２２１ａに接した状態で第一バスバー電極４１２と第二バスバー電極４２２との間に位置している。このとき、接続部材６は、互いに接する第二電極膜４１２２と第四電極膜４２２２との隙間を満たすように第一バスバー電極４１２と第二バスバー電極４２２との間に位置している。この接続部材６は、導電性を有し、隣り合う太陽電池セル１ａ、１ｂのバスバー電極４１２、４２２同士を導通させる。具体的に、接続部材６は、金属微粒子が混合されたことにより導電性を有する熱硬化性樹脂や金属ペーストであり、本実施形態の接続部材６は、銀ペーストである。

以上の太陽電池ストリング１００によれば、第二電極膜４１２２と第四電極膜４２２２とが接しているため、第一バスバー電極４１２と第二バスバー電極４２２との間の導通性が十分に確保される。しかも、少なくとも表面４１２１ａ、４２２１ａが多孔質の第一電極膜４１２１と第三電極膜４２２１とのそれぞれに接続部材６が接することでの各接触部位での接触面積の増大やアンカー効果等によって第一電極膜４１２１と接続部材６との間及び第三電極膜４２２１と接続部材６との間の接続強度がそれぞれ十分に確保される。これにより、第一バスバー電極４１２と第二バスバー電極４２２との物理的な接続性、即ち、端部同士を重ねた状態で隣り合う太陽電池セル１ａ、１ｂ同士の物理的な接続性が向上する。

尚、本発明の太陽電池ストリングは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記実施形態の太陽電池ストリング１００では、太陽電池セル１の各接続部において、第一バスバー電極４１２が第一電極膜４１２１と第二電極膜４１２２とを有し、且つ、第二バスバー電極４２２が第三電極膜４２２１と第四電極膜４２２２とを有しているが、この構成に限定されない。太陽電池ストリング１００における太陽電池セル１同士の複数の接続部のうちの少なくとも一つの接続部において、隣り合う太陽電池セル１ａ、１ｂのうちの一方の太陽電池セル１ａの第一バスバー電極４１２が第一電極膜４１２１と第二電極膜４１２２とを有し、且つ、この第一バスバー電極４１２と接続部材６を介して対向する他方の太陽電池セル１ｂの第二バスバー電極４２２が第三電極膜４２２１と第四電極膜４２２２とを有していればよい。

上記実施形態の太陽電池ストリング１００では、第一バスバー電極４１２の全部と第二バスバー電極４２２の全部とが接続部材６を介して接続されていたが、この構成に限定されない。第一バスバー電極４１２の少なくとも一部と第二バスバー電極４２２の少なくとも一部とが接続部材６を介して接続されていればよい。

１、１ａ、１ｂ…太陽電池セル、２…光電変換部、２０１…受光面（一方の主面）、２０１α…第一領域、２０２…裏面（他方の主面）、２０２α…第二領域、２１…シリコン基板、２１１…第一主面、２１２…第二主面、２２…第一導電型シリコン系薄膜（導電型シリコン系薄膜）、２３…第二導電型シリコン系薄膜（導電型シリコン系薄膜）、２４、２５…真性シリコン系薄膜、３…透明導電層、３１…第一透明導電層、３２…第二透明導電層、４…集電電極、４１…第一集電電極、４１１…第一フィンガー電極、４１２…第一バスバー電極（受光面側集電電極）、４１２１…第一電極膜、４１２１’…銀ペースト層、４１２１ａ…表面、４１２２…第二電極膜、４１２２ａ…非被覆領域、４２…第二集電電極、４２１…第二フィンガー電極、４２２…第二バスバー電極（裏面側集電電極）、４２２１…第三電極膜、４２２１ａ…表面、４２２２…第四電極膜、４２２２ａ…非被覆領域、６…接続部材、７…無機層、１００…太陽電池ストリング

Claims

端部同士がオーバーラップするようにシングリング接続される複数の太陽電池セルと、
前記複数の太陽電池セルのうちの隣り合う太陽電池セルの前記端部同士を接続する接続部材と、を備え、
前記隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルは、一方の主面である受光面における前記隣り合う太陽電池セルのうちの他方の太陽電池セルとオーバーラップする領域に受光面側集電電極を有し、
前記他方の太陽電池セルは、他方の主面である裏面における前記一方の太陽電池セルとオーバーラップする領域に裏面側集電電極を有し、
前記受光面側集電電極と前記裏面側集電電極とは、前記接続部材を介して対向し、
前記受光面側集電電極は、少なくとも接続部材側の面である表面が多孔質である第一電極膜と、前記第一電極膜の前記表面が覆われない非被覆領域が複数形成されるように該第一電極膜の前記表面に重ねられる第二電極膜と、を有し、
前記裏面側集電電極は、少なくとも接続部材側の面である表面が多孔質である第三電極膜と、前記第三電極膜の前記表面が覆われない非被覆領域が複数形成されるように該第三電極膜の前記表面に重ねられる第四電極膜と、を有し、
前記接続部材は、前記非被覆領域を通じて前記第一電極膜と前記第三電極膜とのそれぞれに接した状態で前記受光面側集電電極と前記裏面側集電電極との間に位置している、太陽電池ストリング。
前記受光面側集電電極と前記裏面側集電電極との間において、前記第二電極膜と前記第四電極膜とは、互いに接している、請求項１に記載の太陽電池ストリング。