JP3619099B2

JP3619099B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP3619099B2
Application number: JP2000003008A
Authority: JP
Inventors: 勉村上; 明治高林; 浩史山本; 信善竹原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: JP2000150948A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
また、本発明は太陽電池モジュールに係り、特に家屋の屋根等の建築物あるいは構造物に取り付ける太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
世界規模で、環境問題が重要視されるようになってきた昨今、クリーンなエネルギー源としての太陽電池に対する期待が、極めて高くなってきている。しかし、通常の太陽電池ユニットの出力電圧は、例えば、アモルファスシリコンが一層のみから構成される太陽電池の場合、０．７Ｖと低いため、モジュールとして実用する場合には、数個から数百個を直列に接続して用いなければならない。このため、従来から、多種多様な手段がとられている。
【０００３】
例えば、上述のような太陽電池モジュールを構成するのに、図５に示されるように、太陽電池の集電電極４に導線７を半田で接続し、更にその導線を導電性基板１に溶接あるいは半田で接着して、各太陽電池間の直列接続を行っている。
【０００４】
しかるに、この方法は、非常に手間がかかり、また導線の抵抗を下げるために比較的太い導線を用いなければならず、太陽電池モジュールの製造コストを引き上げていた。そこで、導線を用いずに太陽電池を直列接続し、モジュールにする方法として、特開昭６２−１９５１８５号公報に所載のものなどが提唱された。ここでは、図６，図７に示すように、複数の太陽電池１０ａ，１０ｂを導電性接着層１７を介して接着して、それらの直列接続を行うため、導線が不要であり、また、電池間の配線部分がその下部に隠れるため、電池のデッドエリアが無くなり、また、電池間の間隙も小さくなるため、太陽電池モジュールの受光面が増し、変換効率が高まると考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述した方法では、導電性接着層１７を電池表面の集電電極取出部に直接、接続しているため、接続部位の強度が弱く、太陽電池モジュールに曲げ応力が加わると、半導体層を導電性基板から引き剥して、壊してしまったり、接着部位が離れてしまうおそれがある。また、このような構成では、高価な導電性接着剤を多量に使用しなければならないという欠点もある。
【０００６】
本発明は、上記欠点を克服するためになされたもので、堅牢な太陽電池モジュールを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、導電性基板と、該基板上に設けられた光電変換活性領域を構成する半導体層と、上記半導体層上に設けられた透明導電膜と、上記透明導電膜上に設けられた複数の集電電極とからなる太陽電池を、複数個、直列接続した太陽電池モジュールにおいて、一方の太陽電池の集電電極と他方の太陽電池の導電性基板とを、導電性接着剤および絶縁性接着剤を介して接着して、上記太陽電池の直列の接続をなし、且つ、前記一方の太陽電池における絶縁性接着剤の接する部位の半導体層、透明導電膜および集電電極を予め除去し、前記両太陽電池の導電性基板相互を絶縁性接着剤により接着してあることを特徴とする。
【０００８】
なお、本発明で用いられる導電性基板には、ステンレス，アルミニウム，銅，チタン，カーボンシートなどが用いられる。また、金属電極層の材質としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉなどが適用され、形成方法としては抵抗加熱蒸着，電子ビーム蒸着，スパッタリング法などが採用される。
【０００９】
光電変換部材としての半導体層には、ｐｉｎ接合非晶質シリコン，ｐｎ接合多結晶シリコン，ＣｕＩｎＳｅ_２／Ｃｄｓなどの化合物半導体が挙げられる。上記半導体層は、それが非晶質シリコンの場合、シランガスなどを用いたプラズマＣＶＤ法により、また、多結晶シリコンの場合、溶融シリコンのシート化により、更には、ＣｕＩｎＳｅ_２／Ｃｄｓの場合、電子ビーム蒸着，スパッタリング，電析（電解液の電気分解による析出）などの方法で、積層、形成される。
【００１０】
透明電極に用いる材料としては、Ｉｎ_２Ｏ_３，ＳｎＯ_２，Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２，ＺｎＯ，ＴｉＯ_２，Ｃｄ_２ＳｎＯ_４，高濃度不純物をドープした結晶性半導体層などがあり、その形成方法としては、抵抗加熱蒸着，電子ビーム蒸着，スパッタリング法，スプレー法，ＣＶＤ法，不純物拡散法などがある。
【００１１】
また、本発明の太陽電池モジュールを構成するには、接着代を十分に確保するため、上記材料によって構成された太陽電池の一部の半導体層、透明導電膜、集電電極の一部を除去しなければならない。このためには、グラインダ、サンドブラストなどの物理的な方法、あるいはエッチングなどの化学的な方法が採用できる。その除去する面積は、大きいほど接着強度が高くなるが、同時に太陽電池モジュールとしての性能を落としてしまうため、モジュールの用途、大きさなどを勘案して決める必要がある。
【００１２】
上記太陽電池モジュールは、更に、半導体層、透明導電膜および集電電極の除去された面に、ディスペンサー、刷毛などを用いて、絶縁性接着剤を塗布し、また、半導体層、透明導電膜および集電電極が残されている面に導電性接着剤を塗布し、他の太陽電池の導電性基板に直接、接着させることによって構成される。この際、導電性接着剤と絶縁性接着剤とは、多少、混じり合っても差し支えないが、可能な限り混ざらないようにすることが電気的性能、機械的強度の点で望ましい。また、絶縁性接着剤が除去部位の周辺に少々はみ出すことは、一向に差障りがなく、寧ろ、同一太陽電池の上部集電電極と下部導電性基板との間での導電性接着剤による短絡を妨げるため、有効である。なお、導電性接着剤の塗布にあたっては、これを太陽電池のエッジ部まで塗布してしまうと、上記短絡が生じやすい点に特別な注意を払わなければならない。そこで、例えば、異方性導電性接着剤と呼ばれる、特定方向にしか導電性の無い接着剤を使用すれば、これを防ぐことができる。
【００１３】
導電性接着剤としては、金、銀、銅、炭素、ニッケルなどの導電性基質とフェノール系、アクリル系、エポキシ系などの有機バインダで構成されている液状のもの、並びに固形のテープ形態のものが使用できる。
【００１４】
絶縁性の接着剤は、金属を強力に接着でき、薄く塗布できるものならどんなものでも良く、出来れば、エポキシ系、アクリル系、フェノール系のものが望ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池相互の接着および直列接続を、導電性接着剤と絶縁性の接着剤とを併用して行い、かつ絶縁性接着剤の接する部位の集電電極と半導体層とを除去してある。このため、基板相互を強力且つ安価な絶縁性の接着剤で接着することができ、曲げによる半導体層の剥れを起こすことなく、また、電池相互が分離してしまうこともない。しかも、高価な導電性接着剤を節約でき、かつ、電気的に太陽電池相互を直列接続する工程も簡略化が可能で、太陽電池モジュールの製造原価を下げることが可能である。また、導線で太陽電池相互を接続するスペースも不要であり、太陽電池の集光面を密に並べられるため、モジュール効率を向上することが期待できる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を図１ないし図４に示す実施例に基づき具体的に説明する。
【００１７】
（実施例１）
本発明に係る太陽電池モジュールは、例えば、厚さ０．２ｍｍのステンレス基板１の上にアモルファスシリコンからなる光電変換活性半導体層２を形成し、更に、酸化インジウムによって、透明導電膜３を形成し、その上に集電電極４を付けたもので、太陽電池１０ａ（１０ｃｍ×１０ｃｍ）は、他のセル１０ｂに、交互に塗布された導電性接着剤５と絶縁性接着剤６によって、接着され、相互に直列接続されている。この場合の接着幅Ｗは、５ｍｍとし、導電性接着剤としては、藤倉化成（株）製の銀ペースト、絶縁性接着剤としては、スリーボンド（株）製のエポキシ系の接着剤を用いる。キュアは室温で行い、５分間放置する。上記接着幅Ｗは、大きいほど強度が高まるが、基板相互の重なりが大きくなって、基板面の利用率が低くなるため、この点を考慮して決めなければならない。絶縁性接着剤の接する部位の集電電極とアモルファスシリコン半導体層とは、予め、グラインダによって、接着前に除去してあり、また、上記絶縁性接着剤は、２つの太陽電池の基板相互を強力に接着している。また、導電性接着剤は、太陽電池１０ａの集電電極（＋極）と太陽電池１０ｂの導電性基板（−極）を電気的に接続している。上記導電性接着剤と絶縁製接着剤とが混じり合わないように、接着剤相互の間には、例えば、０．５ｍｍ程度の隙間を明けるとよい。また、導電性接着剤によって、太陽電池の上部電極と下部電極の短格が生じないように、エッジ部を上記絶縁性接着剤で０．５ｍｍ程度、保護している。なお、このエッジ部における上記絶縁性接着剤の下面については、集電電極などを除去しない。これは、少しぐらいならば、絶縁性接着剤の下面に集電電極などがあっても差し支えないからで、寧ろ、上記絶縁製接着剤の大部分で導電性基板相互を接着しておくことの方が肝要なのである。この様子を図４に示した。
【００１８】
このようにして構成した基板を、直径１５ｃｍのパイプに１００回押し付けて曲げ、その前後で発電効率を測定したところ、この時の効率は５．０％で、曲げ操作の前に比べて、変化は全く見られず、接合部位の分離も見られなかった。
【００１９】
（比較例）
比較例として、導電性接着剤のみを使用して、電池を接続したモジュールおよび絶縁性接着部位の半導体層および集電電極を除去しないで接着したモジュールを作製して、上述同様の曲げテストを試みた。
【００２０】
前者のモジュールは数回から十数回の曲げによって壊れ、また、後者のモジュールでは、数十回の曲げによって殆どの半導体層が剥がれ、壊れてしまった。壊れたものは、むろん起電力を失っており、太陽電池モジュールとして機能しなくなっていた。
【００２１】
（実施例２）
次に、絶縁性接着剤としてアクリル系接着剤、導電性接着剤としてより安価な炭素系のペーストを用いた場合を挙げる。キュアとして、室温で１分間放置する。その結果、上述同様の曲げテストを行ったところ、銀ペーストを用いた場合に比べ、効率に変化がなかった。これによれば、高価な銀ペーストを用いずともモジュールを作れることが明らかで、このため、製造原価を更に引き下げることができると思われる。
【００２２】
（実施例３）
さらに、最初の実施例と同じ材料で、銀ペーストの使用量を半分にして、モジュールを構成した。このような導電性接着剤を節約した構成でも、太陽電池の効率は、最初の実施例と変わらない５．０％であった。一般に、太陽電池モジュールを大型にした場合、強度を保つ為に、接着幅を大きくとる必要があるが、その場合には、この実施例のようにすれば、導電性接着剤の節約効果が大であると期待される。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池相互を直列接続するのに、両者の接着を、導電性接着剤と絶縁性の接着剤との併用で行い、かつ下方に配置される太陽電池から、絶縁性接着剤が接する部位の半導体層、透明導電膜および集電電極を予め除去することにより両太陽電池の基板同士を接着したことから、たとえ外部から力が加わっても、曲げによる半導体層の剥がれを回避することができる。また、導電性接着剤と絶縁性接着剤とを併用したことにより、太陽電池相互を分離し難くすることができる。しかも、絶縁性接着剤の導入により、高価な導電性接着剤を節約できることから、太陽電池モジュールの製造原価を下げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモジュールの一実施例の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’線に沿った横断面図である。
【図４】接着面の拡大図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールを示す平面図である。
【図６】太陽電池の基板相互を接着する形の従来例の側面図である。
【図７】太陽電池の基板相互を接着する形の従来例の平面図である。
【符号の説明】
１導電性基板
２半導体層
３透明導電膜
４集電電極
５導電性接着剤
６絶縁性接着剤
７接続用導線
８上部電極取出部
９下部電極取出部
１０ａ，１０ｂ太陽電池
１７導電性接着層

Claims

導電性基板と、該基板上に設けられた光電変換活性領域を構成する半導体層と、上記半導体層上に設けられた透明導電膜と、上記透明導電膜上に設けられた複数の集電電極とからなる太陽電池を、複数個、直列接続した太陽電池モジュールにおいて、
一方の太陽電池の集電電極と他方の太陽電池の導電性基板とを、導電性接着剤および絶縁性接着剤を介して接着して、上記太陽電池の直列の接続をなし、且つ、前記一方の太陽電池における絶縁性接着剤の接する部位の半導体層、透明導電膜および集電電極を予め除去し、前記両太陽電池の導電性基板相互を絶縁性接着剤により接着してあることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記半導体層がアモルファスシリコンからなる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記導電性基板がステンレスであり、前記絶縁性接着剤としてエポキシ系、またはアクリル系を使用した請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記導電性基板がステンレスであり、前記絶縁性接着剤としてエポキシ系、またはアクリル系を使用した請求項２に記載の太陽電池モジュール。