JP3184983U - 背面接触式太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】背面接触式電池同士の接続に用いられる集電部材を省略し、溶接工程を不要とし、溶接の作業量を大幅に低下させ、さらに、モジュールの電気的性能及び総出力を向上させた、背面接触式太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】直列接続された隣接する第１の電池セル１と、第２の電池セル２と、第３の電池セル３とを含み、各電池セルの背面には、少なくとも１組の背面電極列と少なくとも１組の有孔金属電極列とが設けられ、各電池セル上の背面電極列の数と有孔金属電極列の数は、同じであり、かつ隣接する電池セル上の電極の配列は、同じであり、第１の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第２の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材によって折れ線又は曲線で接続され、第２の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第３の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材６によって折れ線又は曲線で接続される。
【選択図】図３

Description

本発明は、背面接触式太陽電池モジュールに関し、太陽電池の分野に属する。

一般的な化石燃料が消耗されつつある中、現在の持続可能なエネルギーの中で、太陽エネルギーは紛れもなく最もクリーンで、最も普及している、最も潜在力のある替代エネルギーである。現在、あらゆる太陽電池の中で、結晶シリコン太陽電池は、商品化が最も進んでいる太陽電池の一つである。その理由としては、シリコン材料は、地殻中に非常に豊富な埋蔵量を有することと、シリコン太陽電池は、他の太陽電池よりも優れた電気的性能及び機械的性能を有することが考えられる。そのため、結晶シリコン太陽電池は、太陽光発電分野で重要な役割を担っている。

近年、背面接触式太陽電池モジュール（ＭＷＴ太陽電池）が注目されている。背面接触式太陽電池は、電池セルの正面にメイングリッド線がなく、正極及び負極の溶接点は、いずれも電池セルの背面にあり、電池セルの光遮断が低減し、電池セルの変換効率が向上し、また、太陽光発電モジュールの作製時、電池セルの光遮断に対する半田テープの影響が低減し、さらに、新しい封止方法では、電池セルの直列接続抵抗が低下し、電池セルの出力損失が低減するといった利点を有するため、業界でますます注目され、産業化されつつある。

現在、背面接触式太陽電池モジュールの電池セル同士の接続方法は、主に、精度への要求が高い導電膜と、コストの低い従来の半田テープとの２種類である。中でも、導電膜は、使用精度への要求が高く、かつコストも高いため、大規模の工業生産では広く使用されていない。そのため、従来の半田テープによる接続は、依然として主な接続方法である。従来の半田テープ（導電部材）による接続方法では、一般的に、図２に示すように、長尺状半田テープが用いられる（電池セルは図１参照）。電池セル同士の接続時、電池セルの背面電極８からなる背面電極列４（又は有孔金属電極９からなる有孔金属電極列５）は、導電部材６によって導出され、隣接する電池セルの有孔金属電極列（又は背面電極列）も導電部材６によって導出され、最終的に集電部材７によって接続される。モジュールの製造においては、まず、各電池セル上の導電部材の単独溶接を行い、次に、電池セル同士の直列溶接を行い、集電部材に接続することによって、接続工程を完成する。

しかしながら、上記接続方法では、溶接が煩雑であり、特に集電部材を直列溶接する工程には手作業が必要であるため、オートメーション化できず、生産効率が影響される。また、集電部は、電池接続時の電流のマッチング・合流に影響するため、電気的性能に影響を与える場合がある。さらに、集電部材の使用により、生産コストが向上する。

上述の問題点に鑑み、特許文献１には、電池セル上の背面電極列と有孔金属電極列は、電池セルの中心軸で軸対称をなすため、接続時、隣接する電池セルを、その中心点を基点として１８０度回転させた後、電池セルの背面電極列（又は有孔金属電極列）を、隣接する電池セルの有孔金属電極列（又は背面電極列）と直線型の導電部材によって接続する光電変換素子、光電変換素子アセンブリ及び光電変換モジュール（ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＩＣＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＥＬＥＭＥＮＴ、ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＩＣＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＥＬＥＭＥＮＴ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＡＮＤ ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＩＣＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＭＯＤＵＬＥ）が開示されている。

しかしながら、上記構造の電池モジュールには、以下の問題点がある：（１）電池セル上の背面電極列と有孔金属電極列は、電池セルの中心軸で軸対称をなすため、このような特殊な電極構造では、電極の位置、サイズ及び正負電極間の距離に対する要求が厳しく、最適化が困難になる。また、有孔金属電極について、軸対称分布という要求を満たすには、必然的に、有孔金属電極が背面で均一に分布できなくなるため、キャリアの伝導経路の均一性が損なわれ、さらに、モジュールの電気的性能も影響される。（２）電池セル同士の接続時、溶接を行うには１８０度回転させなければならないため、他の工程を追加する必要があり、ウェハが破断する潜在的な可能性もある。また、電池セルを回転させる必要があるため、モジュール溶接のオートメーション化を実現することができない。

米国特許ＵＳ８０９３６７５Ｂ２

本発明の目的は、背面接触式太陽電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術案を用いる：
直列接続された隣接する第１の電池セルと、第２の電池セルと、第３の電池セルとを含み、各電池セルの背面には、少なくとも１組の背面電極列と少なくとも１組の有孔金属電極列とが設けられている背面接触式太陽電池モジュールにおいて、各電池セル上の背面電極列の数と有孔金属電極列の数は、同じであり、かつ隣接する電池セル上の電極の配列は同じであり、
前記第１の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第２の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材によって折れ線又は曲線で接続され、
前記第２の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第３の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材によって折れ線又は曲線で接続されている。

上記において、前記各電池セル上の背面電極列の数と有孔金属電極列の数は、同じであるため、電池セルの接続時、第１の電池セル上の有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列は、１対１で接続される。

前記背面電極列は、複数の背面電極からなり、前記有孔金属電極列は、複数の有孔金属電極からなる。Ｐ型シリコンウェハの場合、有孔金属電極は、負電極であり、背面電極は、正電極である。

前記隣接する電池セルの電極の配列は同じであり、すなわち、電池モジュールにおける各電池セルの電極配列が同じであるため、シリコンウェハの生産工程では、同じ規格のものを生産すればよく、流れ作業による生産に非常に便利である。

各電極列上の導電部材は、最短距離でその上の各電極を通る。すなわち、前記電池セル上の背面電極列又は有孔金属電極列の電極が直線的に配列された場合、電極列上に設けられた導電部材も直線構造をなし、電極列の電極が非直線的に配列された場合、導電部材は、曲線又は折れ線として各電極を接続することが好ましい。

上記において、背面電極列と有孔金属電極列は、平行する直線であってもよく、交差しない曲線であってもよく、各列の背面電極列又は有孔金属電極列は、少なくとも２つの電極を含む。

前記導電部材は、１本又は複数本の直線状導電性ストリップを、折り曲げ、ねじ曲げ、繋ぎ合わせなどの方法によって一体化してもよい。また、必要に応じて、局部における厚さを増加させたり、折り曲げやねじ曲げを繰り返したり、断面積を変更したりする等の方法によって加工処理することもできる。導電部材の局部の厚さの増加は、複数の導電部材（例えば、導電性ストリップ）を重ねて溶接するなどの方法によって実現可能である。導電部材の折り曲げは、特定のクランプで折り曲げ、圧着するなどの工程によって実現可能である。導電部材のねじ曲げは、特定の金型でねじ・プレスするなどの方法によって実現可能である。導電部材の局部断面積の変更は、特殊な工業用具でプレスするなどの方法によって実現可能である。

前記導電部材は、従来技術であり、柔軟で丈夫な、折り曲げ易い又は延伸しやすい導電性金属ストリップが用いられる。銀などの電池電極材料とは、良好に電気的に接続できる。

本発明の背面接触式太陽電池セルは、メタル・ラップ・スルー（ＭｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎＷｒａｐ Ｔｈｒｏｕｇｈ、ＭＷＴ）型の背面接触式太陽電池セルであってもよく、メタル・ラップ・アラウンド（ＭｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎＷｒａｐ Ａｒｏｕｎｄ、ＭＷＡ）型の背面接触式太陽電池セルであってもよく、または、エミッタ・ラップ・スルー（ＥｍｉｔｔｅｒＷｒａｐ Ｔｈｒｏｕｇｈ、ＥＷＴ）型の背面接触式太陽電池セルであってもよい。

前記電池セル上の有孔金属電極は、電池セルの背面で均一に分布している。これにより、キャリア伝導経路の均一性が最大限に向上して、モジュールの電気的性能が向上することが好ましい。

好ましくは、第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列との接続に用いられた導電部材は、一体化構造である。すなわち、１本の完全な導電部材（例えば、半田テープ）である。更に好ましくは、隣接する電池セルの間に用いられた導電部材はいずれも一体化構造であり、すなわち、電池セル同士はいずれも１本の導電部材で接続されている。こうすると、導電部材の大量製造に有利であり、モジュールのオートメーション化溶接の実現にも有利である。

好ましくは、第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列とは、２つの折曲構造によって接続されている。

好ましくは、前記各導電部材の構造及び寸法は同じである。こうすると、導電部材の大量製造に有利であり、モジュールのオートメーション化溶接の実現にも有利である。

好ましくは、隣接する電池セル同士は、導電部材によって最短距離で接続されている。

好ましくは、前記電池セルの背面の有孔金属電極の一端は、孔内電極と電気的に接続され、他端には溶接領域が形成されている。つまり、導電部材（例えば、半田テープ）は、接続時にスルーホールと接触しなくてもよく、すなわち、溶接部分に電流が流れなくても済むため、スルーホールが応力によって割れることが防止される。

上記発明によれば、本発明は、従来技術に比べて以下の利点を有する：
１．本発明は、背面接触式太陽電池モジュールを提案し、電池セル同士の接続では、導電部材は折れ線又は曲線として接続するため、従来の背面接触式電池同士の接続に用いられる集電部材を省略し、溶接工程を不要とし、溶接の作業量が大幅に低下し、さらに、モジュールの電気的性能及び総出力を向上させて、予想外の効果を奏する。
２．本発明は、予め接続される電池セルに合わせて集電を一定の形状に作製できるため、特定の集電で中継することなく、直接接続を実現でき、オートメーション化生産を実現でき、将来の自動溶接機の適用が有利になる。
３．本発明は、有孔金属電極が電池セルの背面で均一に分布することによって、キャリア伝導経路の均一性が最大限に向上して、モジュールの電気的性能が向上する。
４．本発明の隣接する電池セルの電極の配列は、同じであるため、溶接時の回転は、不要となり、溶接に便利であり、ウェハ破損率も低下し、また、電池セルの大量生産に有利であり、産業上の適用が容易である。

背面接触式太陽電池セルの構造模式図である。 背景技術の電池セル同士の接続の構造模式図である。 本発明の実施例１に係る電池セル同士の接続の構造模式図である。 本発明の実施例２に係る電池セル同士の接続の構造模式図である。 本発明の実施例３に係る電池セルの構造模式図である。 本発明の実施例３に係る電池セル同士の接続の構造模式図である。 本発明の実施例４に係る電池セルの構造模式図である。 本発明の実施例４に係る電池セル同士の接続の構造模式図である。

１ 第１の電池セル
２ 第２の電池セル
３ 第３の電池セル
４ 背面電極列
５ 有孔金属電極列
６ 導電部材
７ 集電部材
８ 背面電極
９ 有孔金属電極

図面及び実施例を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。

実施例１
図１、３に示すように、直列接続された隣接する第１の電池セル１、第２の電池セル２及び第３の電池セル３を含み、各電池セルの背面には、３組の背面電極列４と３組の有孔金属電極列５とが設けられ、各電池セル上の背面電極列の数と有孔金属電極列の数は、同じであり、かつ隣接する電池セル上の電極の配列は、同じであり、
前記第１の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第２の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材６によって折れ線で接続され、
前記第２の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第３の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材６によって折れ線で接続されている背面接触式太陽電池モジュールである。

上記において、前記背面接触式太陽電池は、Ｐ型シリコン基板を使用し、その背面には３組の背面電極列４と３組の有孔金属電極列５とが設けられている。各組の背面電極列は、４つの背面電極８を備え、各組の有孔金属電極列は、３つの有孔金属電極９を備えている。図１に示すように、有孔金属電極と周囲の背面電界との電気導通を防止するために、有孔金属電極の周囲には、絶縁領域がさらに形成されている。

本実施例では、「Ｚ」字になるように、導電部材を折り曲げ、特定のクランプを用いてプレスした。導電部材は、一体化構造であり、例えば、１本の完全な半田テープである。実際の測定により、改良後の半田テープの導電性能に変化はなかった。生産効率を向上させるために、自動溶接機で溶接工程を行なって、電池セルを接続してもよい。

実施例１の背面接触式太陽電池モジュールについて電気的性能の測定を行い、従来の電池モジュール（図２に示す接続方法で得られた電池モジュール）と比較して、その結果を表１に示す。

表１から明らかに分かるように、従来の太陽電池モジュールに比べて、本発明の太陽電池モジュールの最大出力は、２６９．７８Ｗから２７１．３９５Ｗに向上した。その主な原因は、直列接続された抵抗Ｒｓが０．４０６６Ωから０．３４３２Ωに低下して、ＦＦが大幅に向上したことが考えられる。本発明は、顕著な効果を示している。

実施例２
図４に示すように、直列接続された隣接する第１の電池セルと、第２の電池セルと、第３の電池セルとを含み、電池セルの構造は、実施例１と同じであり、
前記第１の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第２の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材６によって折れ線で接続され、
前記第２の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第３の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材６によって折れ線で接続されている背面接触式太陽電池モジュールである。

本実施例の各電極列上の導電部材及び電池セル間の導電部材は、いずれも最短距離で接続している。

実施例３
図５〜６に示すように、直列接続された隣接する第１の電池セルと、第２の電池セルと、第３の電池セルとを含み、各電池セルの背面には、４列の背面電極列と４列の有孔金属電極列とが設けられ、各電池セル上の背面電極列の数と有孔金属電極列の数は、同じであり、かつ隣接する電池セル上の電極の配列は、同じであり、すなわち、モジュールにおける各電池セルの電極の配列は、いずれも同じであり、
前記第１の電池セルの背面電極列は、隣接する第２の電池セル上の有孔金属電極列と、直接導電部材６によって折れ線で接続され、
前記第２の電池セルの背面電極列は、隣接する第３の電池セル上の有孔金属電極列と、直接導電部材によって折れ線で接続されている背面接触式太陽電池モジュールである。

前記電池セル上の有孔金属電極は、すべての電池セルの背面で均一に分布している。

上記において、前記背面接触式太陽電池は、Ｐ型シリコン基板を使用し、その背面には４列の背面電極列と４列の有孔金属電極列とが設けられている。各背面電極列は、３つの背面電極８を備え、各有孔金属電極列は、４つの有孔金属電極９を備えている。図５に示すように、有孔金属電極と周囲の背面電界との電気導通を防止するために、有孔金属電極の周囲には絶縁領域がさらに形成されている。
本実施例において、第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列との接続に用いられた導電部材は、一体化構造であり、第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列とは、２つの折曲構造によって接続されている。図６に示すように、前記電池セル上の電極構造は、その中心軸で軸対称をなしているため、その上の導電部材も軸対称構造をなしている。

その実現方法は、「Ｚ」字になるように、導電部材を折り曲げ、特定のクランプを用いてプレスした。実際の測定により、改良後の半田テープの導電性能に変化はなかった。生産効率を向上させるために、自動溶接機で溶接工程を行なって、電池セルを接続してもよい。

実施例４
図７〜８に示すように、直列接続された隣接する第１の電池セル、第２の電池セル及び第３の電池セルを含み、各電池セルの背面には、４列の背面電極列と４列の有孔金属電極列とが設けられ、各電池セル上の背面電極列の数と有孔金属電極列の数は、同じであり、かつ隣接する電池セル上の電極の配列は、同じであり、すなわち、モジュールにおける各電池セルの電極の配列は、いずれも同じであり、
前記第１の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第２の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材６によって折れ線で接続され、
前記第２の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第３の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材によって折れ線で接続されている背面接触式太陽電池モジュールである。

前記電池セル上の有孔金属電極は、すべての電池セルの背面で均一に分布している。

上記において、前記背面接触式太陽電池は、Ｐ型シリコン基板を使用し、その背面には４列の背面電極列と４列の有孔金属電極列とが設けられている。各背面電極列は、３つの背面電極８を備え、各有孔金属電極列は、４つの有孔金属電極９を備えている。図７に示すように、有孔金属電極と周囲の背面電界との電気導通を防止するために、有孔金属電極の周囲には絶縁領域がさらに形成されている。

本実施例において、第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列との接続に用いられた導電部材は、一体化構造であり、第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列とは、２つの折曲構造によって接続されている。図８に示すように、各導電部材６の構造及び寸法は、同じである。こうすると、導電部材の大量生産に有利であり、モジュールのオートメーション化溶接の実現にも有利である。

その実現方法は、「Ｚ」字になるように、導電部材を折り曲げ、特定のクランプを用いてプレスした。実際の測定により、改良後の半田テープの導電性能に変化はなかった。生産効率を向上させるために、自動溶接機で溶接工程を行なって、電池セルを接続してもよい。

Claims (8)

1. 直列接続された隣接する第１の電池セル（１）と、第２の電池セル（２）と、第３の電池セル（３）とを含み、各電池セルの背面には、少なくとも１組の背面電極列（４）と、少なくとも１組の有孔金属電極列（５）とが設けられている背面接触式太陽電池モジュールにおいて、
   各電池セル上の背面電極列の数と有孔金属電極列の数は、同じであり、かつ隣接する電池セル上の電極の配列は、同じであり、
   前記第１の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第２の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材（６）によって折れ線又は曲線で接続され、
   前記第２の電池セルの有孔金属電極列は、隣接する第３の電池セル上の背面電極列と、直接導電部材によって折れ線又は曲線で接続されていることを特徴とする背面接触式太陽電池モジュール。
2. 各電極列上の導電部材は、最短距離でその上の各電極を通ることを特徴とする請求項１に記載の背面接触式太陽電池モジュール。
3. 前記電池セル上の有孔金属電極は、すべての電池セルの背面で均一に分布していることを特徴とする請求項１に記載の背面接触式太陽電池モジュール。
4. 第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列との接続に用いられた導電部材は、一体化構造であることを特徴とする請求項１に記載の背面接触式太陽電池モジュール。
5. 第１の電池セルの有孔金属電極列と第２の電池セル上の背面電極列とは、２つの折曲構造によって接続されていることを特徴とする請求項４に記載の背面接触式太陽電池モジュール。
6. 前記各導電部材の構造及び寸法は、同じであることを特徴とする請求項１に記載の背面接触式太陽電池モジュール。
7. 隣接する電池セル同士は、導電部材によって最短距離で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の背面接触式太陽電池モジュール。
8. 前記電池セルの背面の有孔金属電極の一端は、孔内電極と電気的に接続され、他端には溶接領域が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の背面接触式太陽電池モジュール。