JP2708626B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュール

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、太陽電池モジュールに関し、より詳細に
は、複数の太陽電池間の接続技術を向上させた太陽電池
モジュールに関する。
[従来の技術] 太陽電池モジュール内の太陽電池間を結線している導
線およびその結線方法は、太陽電池モジュールの電気的
出力特性を直接左右するので非常に重要な役割をもつ。
そのため、結線部分を構成している材料およびその結線
方法には、次のようなことが要求されている。
(1)太陽電池間の結線が、比較的容易な方法で形成で
きること。
(2)屋外における長期にわたる温度昇降熱サイクルに
耐えうる材質、および結線方法であること。
(3)シリーズ抵抗が大きくならない材質、および結線
方法であること。
第2図に示すような導電性基板を用いた従来の一般的
な太陽電池モジュール(例えば、太陽光発電 高橋、浜
川、後川編著 森北出版 P.322)においては、導線と
して銅箔にはんだメッキした線が使用されており、複数
の太陽電池を直列化する場合、一方の太陽電池の表面部
の集電電極202と他方の太陽電池の基板201(例えばステ
ンレス基板)の裏面部とを導線204(例えば銅ホイル)
などで、はんだづけまたはスポット溶接することで直列
結線していた。この方法を使ってモジュール化を行う場
合、特に太陽電池の基板裏面部分にはんだ付けを行う工
程では、基板を裏返して結線を行い、再び基板を表にす
るという作業が必要であり、自動化が難しく非常に手間
がかかる。さらにはんだ付けのための前処理などが必要
であり比較的工程数が多いという欠点があった。また、
モジュールの実効効率を大きくするために、太陽電池間
の隙間を少なくして敷き詰める場合、必然的に導線の長
さが短くなるために、熱サイクル(熱的衝撃)によって
引き起こされる歪を吸収し得るだけの余裕が減少し、長
時間の野外放置を行うと、太陽電池間を結んでいる導線
が、疲労によって断線してしまうことがある。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、耐久性および耐侯性において高い信
頼性を有し、かつ、太陽電池のモジュール化工程におい
て、太陽電池間結線の工程数が少なく、結線の自動化も
容易にできる太陽電池モジュールを提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明による太陽電池モジュールは、複数の太陽電池
間の結線部分に導電性バネが使用され、該導電性バネの
一端が一方の太陽電池の集電電極部に導電性固着材で固
着されており、該導電性バネの他端と他方の太陽電池の
基体の裏面とが重ね合わせられ、樹脂で圧着ラミネーシ
ョンされていることにより、接続されていることを特徴
とする。
また、本発明による太陽電池モジュールは、前記導電
性バネとして、銅、黄銅、洋銀、ベリリウム銅、燐青銅
のいずれかの物質からなるバネが用いられていることを
特徴とする。
さらに、本発明による太陽電池モジュールは、前記導
電性固着材として、銀ペースト、低融点はんだのいずれ
かの固着材が用いられていることを特徴とする。
さらに、本発明による太陽電池モジュールは、前記導
電性バネの他端に低融点はんだを付着させてから、前記
太陽電池の基体の裏面を重ね合わせたことを特徴とす
る。
太陽電池の基板としては導電性材料を用い、例えばア
ルミニウム板、銅板、ステンレス板、カーボンシート、
単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などが適当で
ある。
導電性バネの形状としては、例えばコイル状バネ構造
や板バネ構造等が望ましい。ただし、いずれのバネ形状
の場合においてもバネ先端部分は、基板との接触抵抗が
1mΩ以下にできるような接触面積を確保する必要があ
る。
低融点はんだとしては、例えば、インジウム−亜鉛系
やインジウム−銀系のはんだなどが適当である。
導電性バネと太陽電池基板端部との短絡を防止するた
めに、導電性バネ角部は絶縁体で被覆されていることが
望ましい。
絶縁体材料の特性としては、バネを被覆しなければな
らない点から、バネ材への密着性と曲げに対する許容性
に富むことが必要であり、例えばシリコン樹脂、ポリイ
ミド樹脂などが適当である。
導電性バネと太陽電池基板端部との短絡を防止する他
の方法としては、第5図に示すように絶縁テープで太陽
電池基板端部をコーティングする方法もある。絶縁テー
プとしては例えばポリイミドテープなどがある。ただし
この場合、導電性バネの角部を絶縁体で被覆することは
不要となる。
[作用] 本発明によれば、太陽電池のモジュール化工程の太陽
電池の基板間直列結線において、一方の太陽電池のバネ
部分に他方の太陽電池の基板裏面部分が当たるように順
次重ねて並べていき、樹脂で圧着ラミネーションするだ
けでよいので、工程数が少なく、しかも自動化が容易で
あるためスループットが向上するとともに、歩止まりが
向上し、生産コストを減少させることができる。
また、太陽電池基板間結線部分の機械的自由度が増加
することで、曲げ伸ばしに対す機械的強度が増加するの
で、太陽電池モジュールの耐久性が向上する。
さらに、温度昇降の繰り返しという熱サイクルによっ
て引き起こされる基板間結線部分の断線が抑制され、太
陽電池モジュールの耐侯性が向上する。
[実施例] 以下の実施例により本発明をさらに詳しく説明する
が、本発明はこれらによって限定されるものではない。
初めに、本発明による導電性バネ付太陽電池の構造
を、第1図を用いて説明する。第1図(a)は平面図、
第1図(b)は第1図(a)の矢印方向からみた側面図
である。103は集電電極、104は導電性基板、105は光電
変換層、106は透明導電膜である。集電電極103の端部へ
導電性バネ101の端部を導電性固着材107で固着し、導電
性バネ101の一部には導電性基板104の端部との短絡を防
止するために絶縁体102でコーティングを施す。このよ
うな構造を持つ複数の太陽電池において、一方の太陽電
池の導電性バネと他方の太陽電池の基板104の裏面とが
接触するように複数の太陽電池を順次重ねていき、同一
平面上に敷き詰めることで簡単に直列結線を行うことが
できる。その後、第6図に示すように透光性充填剤602
および耐侯性保護フィルム601で圧着ラミネーションす
ることで、バネと基板裏面との電気的接触性を強化し、
架台605に張り付けることでモジュールとなる。
次に、本発明の実施例について説明する。
(実施例−1) 第1図(a)および(b)の本発明による太陽電池の
構造図において、導電性基板104をステンレス板(SUS 4
30 BA,100mm□,厚さ0 25mm,表面は鏡面加工)とし、光
電変換層105を水素化アモルファスシリコンを用い、基
板側からnip接合とし、透明導電膜106は酸化インジウム
錫とし、その上に集電電極103として銀ペーストをパタ
ーニングした。その後、燐青銅製の円形バネ101の端部
を集電電極の端部に導電性固着材107で固着した。固着
材107としては銀ペーストを用いた。絶縁体102としては
シリコン樹脂を形成した。上記のようにして製作した複
数の太陽電池間において直列結線を行い、透光性充填剤
602としてエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)を、耐侯
性保護材601としてポリビニルフロライド(PVF)を用
い、圧着ラミネーションを行った。上記の方法で製作さ
れた太陽電池サブモジュール(大きさ10cm×50cm)の変
換効率を調べたところ、従来の直列接続方法の場合と比
べて同等の値を示した。
次に、基板間結線部分の機械的曲げ強度の評価を、第
7図に示すような曲げ伸ばし試験装置で行った。
サブモジュール中央部分にローラ706を介しておもり7
05を釣り下げ、サブモジュール両端部分にワイヤ703を
取り付け、一方は支持台707に固定し、他方は滑車702を
介してモータに取り付けられたクランク701に固定す
る。この構造において、モータを回すことでクランクを
回転させ、ワイヤを引いたり戻したりという運動の繰り
返しを行い、サブモジュールの曲げ伸ばし耐久試験を行
う。モータ軸には回転数カウンタが取り付けられ、その
回転数をモニタすることで曲げ伸ばし回数を計測する。
この時同時に、サブモジュールにハロゲンランプ708の
光を照射し、その電流−電圧特性を測定装置709でモニ
タし、結線部の断線により電流が流れなくなったときの
曲げ伸ばし回数を検知する。
この試験の結果、断線が起こる繰り返し回数におい
て、従来結線方法によるサブモジュールに比べ、約21%
の優位性が確認された。
さらに、第8図に示す装置で、サブモジュールの基板
結線部分の温度昇降繰り返し耐久加速試験を行った。
サブモジュール801を支持体804に固定し、電磁弁805
を介して80℃の温水が供給される噴出口802と電磁弁806
を介して0℃の冷水が供給される噴出口803から、電磁
弁を交互に開閉することによりサブモジュールに温水と
冷水を交互に吹き付けることで、温度の昇降繰り返し試
験を行った。吹き付けた後の温冷水は排水口807から排
水される。なお、断線が起こる繰り返し回数の検知手段
は、図示していないが、曲げ伸ばし試験のときと同様の
手段で行った。
この試験の結果、断線が起こる繰り返し回数におい
て、従来結線方法によるサブモジュールに比べ、約9%
の優位性が確認された。
(実施例−2) 導電性バネが導電性基板裏面部分に接触する部分に低
融点はんだ(インジウム−亜鉛系)メッキを施したこと
以外は、実施例1と同じ構造のサブモジュールを製作し
た。
製作された太陽電池の変換効率を調べたところ、従来
の直列接続方法の場合と比べて同等の値を示した。
また、曲げ伸ばし試験および温度昇降試験を、実施例
−1で行ったのと同様の方法で行ったところ、断線が起
こる繰り返し回数において、従来接続方法に比べて、そ
れぞれ約22%および約12%の優位性が確認された。
(実施例−3) 銀ペーストに代わって、抵抗率が均一桁低い低融点は
んだ(インジウム−亜鉛系)を用いて導電性バネを集電
電極に固着することで、電気的接触性をさらに向上させ
たこと以外は、実施例1と同じ構造のサブモジュールを
製作した。
製作された太陽電池の変換効率を調べたところ、従来
の直列接続方法の場合と比べて同等の値を示した。
また、曲げ伸ばし試験および温度昇降試験を、実施例
−1で行ったのと同様の方法で行ったところ、断線が起
こる繰り返し回数において、従来接続方法に比べて、そ
れぞれ約25%および約10%の優位性が確認された。
[発明の効果] 以上に述べたことで明らかなように、本発明による太
陽電池モジュールは、機械的曲げに対する許容性が大き
く、温度昇降(熱サイクル)によってひきおこされる結
線部の断線も抑制されており、信頼性が向上し、工程が
簡略化され、かつ結線の自動化が容易であるという効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、本発明である導電性バネを備えた太陽
電池の構造を説明するための平面図である。第1図
(b)は、第1図(a)の矢印方向からみた側面図であ
る。第2図は、従来の典型的な太陽電池基板間直列結線
の方法を説明する図である。第3図(a)は、本発明に
おける導電性バネの構造の一例を説明するための平面図
である。第3図(b)は、第3図(a)の矢印方向から
みた側面図である。第4図(a)は、本発明における導
電性バネの他の構造の一例を説明するための平面図であ
る。第4図(b)は、第4図(a)の矢印方向からみた
側面図である。第5図は、本発明における導電性バネと
太陽電池基板端部との短絡を防止する方法の一例を説明
するための平面図である。第6図は、本発明による基板
間結線を行った太陽電池モジュールの構造を説明するた
めの概略図である。第7図は、サブモジュールの曲げ伸
ばし試験を行った装置の構造を説明するための概略図で
ある。第8図は、サブモジュールの温度昇降繰り返し試
験を行った装置の構造を説明するための概略図である。 第1図〜第8図において、101……導電性バネ、102……
絶縁体、103……集電電極、104……導電性基板、105…
…光電変換層、106……透明導電膜、107……導電性固着
材、201……導電性基板、202……集電電極、203……光
電変換層、204……導線、205……はんだ付けまたはスポ
ット溶接、301……導電性コイル状バネ、302……絶縁
体、401……導電性板状バネ、402……絶縁体、501……
太陽電池基板、502……集電電極、503……絶縁テープ、
601……耐侯性保護フィルム、602……透光性充填材、60
3……太陽電池、604……導電性バネ、605……架台、701
……モータ付クランク、702……滑車、703……ワイヤ、
704……サブモジュール、705……おもり、706……ロー
ラ、707……支持台、708……ハロゲンランプ、709……
電流−電圧測定装置、801……サブモジュール、802……
温水噴出口、803……冷水噴出口、804……支持体、805,
806……電磁弁、807……排水口。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の太陽電池間の結線部分に導電性バネ
    が使用され、該導電性バネの一端が一方の太陽電池の集
    電電極部に導電性固着材で固着されており、該導電性バ
    ネの他端と他方の太陽電池の基体の裏面とが重ね合わせ
    られ、樹脂で圧着ラミネーションされていることによ
    り、接続されていることを特徴とする太陽電池モジュー
    ル。
  2. 【請求項2】前記導電性バネとして、銅、黄銅、洋銀、
    ベリリウム銅、燐青銅のいずれかの物質からなるバネが
    用いられていることを特徴とする請求項1記載の太陽電
    池モジュール。
  3. 【請求項3】前記導電性固着材として、銀ペースト、低
    融点はんだのいずれかの固着材が用いられていることを
    特徴とする請求項1記載の太陽電池モジュール。
  4. 【請求項4】前記導電性バネの他端に低融点はんだを付
    着させてから、前記太陽電池の基体の裏面を重ね合わせ
    たことを特徴とする請求項1記載の太陽電池モジュー
    ル。
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