JP3777208B2 - 太陽電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な接触接続部を有する太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池において発生される電流は、太陽電池の能動半導体基体にオーミック接続されている導体を介して取り出される。電池の型式および光の入射方向に依存して、接点とも称されるこれらの導体は種々の材料から形成することが可能である。材料選択および太陽電池裏面側の接点に対する成形（プロセス）は問題ないが、前面側の接点は半導体基体への十分な光入射を保証しなければならない。
【０００３】
前面側の接点として、薄膜技術において生成可能な、透明な導電性の金属酸化膜（ＴＣＯ）を被着することができる。しかし該膜の比較的低い表面導電性のために、これらＴＣＯ接点は、取り出すべき電流が比較的高い場合には、ストラクチャ化された金属前面接点（グリッド）によって強化または補充される。その際このグリッドに対して、出来るだけ陰になるところが生じないようにして全体として十分な導体路横断面が出来るだけ均一に太陽電池表面に亘って分布されているストラクチャが期せられる。
【０００４】
通例、このためにまず、細かく枝分かれしたないし密にパターン化された第１の導体路ストラクチャが前面に被着される。このことは例えば薄膜または厚膜技術において行うことができる。それからさらに、これを横断する方向に被着されている、十分な横断面を有する少なくとも１つの導体から成るバスストラクチャが生成される。バスストラクチャも同様に薄膜技術において生成することができるが、厚膜技術において生成すると一層有利である。中実な金属導体の形のバスストラクチャを導体路ストラクチャにはんだ付けすることも可能である。
【０００５】
結晶または多結晶の太陽電池の外部接続形成のために、バスストラクチャ上に適当に設けられた接続個所（パッド）において導体テープがはんだ付けされる。これらは個別太陽電池のシリーズ相互接続のためにも用いられ、その際導体テープはそれぞれ、隣接する太陽電池の裏面の下方に案内されかつそこではんだ付けされる。このことはこれまで、導体路ストラクチャの機械的な感度のため、裂断またはその他の損傷を回避するために、手動でかつ配線（ワイヤリング）の直前にようやく行わなければない。さらに、テープは曲げに対して不安定（強さが不足している）であるため、テープの位置決めには高い精度が要求される。太陽電池の完全自動化されたコスト面で有利な量産または連続的ワイヤリングは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、太陽電池前面に付加的な陰を来すことなく一層簡単な配線（ワイヤリング）を可能にする簡単化された接触接続部を有し、かつ大幅に自動化された製造および配線を可能にする太陽電池を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、ダイオード構造を備えた扁平な能動半導体基体と、該半導体基体の、光とは反対側の表面における裏面金属化部と、該半導体基体の前面における導体路ストラクチャのパターンと、該パターンを横断する方向に延在する少なくとも２つの、該パターン上に載着された中実な導体とを備え、該導体は前記パターンと電気的に接続されており、かつそれぞれ２つの隣接する導体は一緒に、半導体基体の辺縁から突出してるヘアピン形状またはＵ字形の曲がりくねらせたループを形成していることによって解決される。本発明の別の構成はその他の請求項に記載されている。
【０００８】
本発明の基本思想は、太陽電池の相互接続のために用いられる導体を次のようにして太陽電池前面に固定することである。すなわち、これら導体が１つの辺において太陽電池の辺縁から突出しかつ有利には、これら導体の少なくとも２つがその端部において前記辺縁から突出した領域において相互に接続されているようにである。太陽電池前面において、導体は導体路ストラクチャのパターンと接続されておりかつ例えばこれにはんだ付けされている。導体の“拘束されていない”端部の少なくとも常に２つが接続されていることで、これら導体は個々の導体端部に対して補強される。これによりこのように接触接続された太陽電池の取り扱いが容易になる。突出している端部が曲げられるおそれはこれにより低減される。したがって太陽電池に、初期の製造段階において既に必要なすべての接続部を取り付けることも可能になる。その場合太陽電池間相互接続は、後からの任意の時点で任意の別の場所において行うことができる。相互接続されていない太陽電池の積み重ねおよび搬送は、接続部が被着されている場合でも問題なく可能である。太陽電池アレイまたはモジュールへの接続形成は、直接現場で行うことができかつもはや太陽電池製造業者において行う必要はない。相互接続のために、もはあや太陽電池前面にはんだ付けする必要はない。このことは、この工程で常に、それ自体太陽電池の損傷のおそれが生じるので、有利である。本発明によって、この工程は太陽電池製造業者に移すことができかつそこで例えば完全自動化して、ひいてはコストの面で有利に行うことができる。
【０００９】
はんだ付けによる複数の太陽電池の相互接続は、問題なく可能である。相互接続されている導体端部によって、はんだ付けすべき部分の簡単な位置整定、ひいては太陽電池の簡単な相互接続を許容する幅広の接触接続領域が生じる。
【００１０】
本発明の実施例において、導体は円形または楕円形の横断面を有し、したがって例えば線材として形成されている。この種の横断面を有する導体では、同じ横断面積とした場合の扁平でかつ例えばテープ状の導体に比べて太陽電池前面における陰が僅かしか生じない。
【００１１】
導体の“端部”の“接続”は、本発明の別の実施例において、次のように実現されている。すなわち、個々の導体部材がヘアピンまたはＵ字状に曲げられかつ引き続いて、曲げられた部分が太陽電池前面に、太陽電池辺縁から突出するように固定される。この実施例の場合、近似的に円形の横断面を有する上述の導体が特に適している。その際導体の曲げられた部分は同形状の曲率を有するかまたは有利には少なくとも１つの角を介して曲げることができる。その際角は丸みを帯びるようにすることもでき、この場合内角は例えば９０°をとることができる。
【００１２】
太陽電池前面に例えば平行に載置されている導体の数は任意であり、太陽電池の大きさによって決定されかつ出来るだけ陰の少ない十分な導体横断面と十分な機械的な安定性との間の最適化が行われる。導体は有利には対毎にまとめられているので、偶数個の導体が有利である。例えば、１４０．５ｍｍ（＝６インチ）の直径の単結晶シリコン棒から切り出された太陽電池に対して、例えば４ないし１０本の銅線材または２ないし５本の導体対ないしヘアピンまたはＵ字形状に曲げられた、０．２ないし０．５ｍｍの直径の線材が導体として適している。
【００１３】
本発明の別の実施例によれば次のように構成されている。すなわち、例えば線材状の唯一の導体がミアンダ状に、該ミアンダによって形成されるループが１つの辺において太陽電池の辺縁を突出するように、太陽電池の前面に固定されている。このループはまた、近似的に同形状の曲率を有することができるかまたは適当に角をつけて曲げられたものであることができる。ミアンダ状の導体の反対側のループは有利には突出しておらずかつその場合太陽電池に載着されている。
【００１４】
本発明の別の実施例において、導体は複数の個別部材から成っており、該部材の“自由”端は１つの辺において太陽電池の辺縁から突出しておりかつそこでこれに横断する方向に配置されているオーミック抵抗と接続、例えばはんだ付けされている。
【００１５】
前面接点を形成する導体路ストラクチャのパターンは従来通りに被着することができる。それは微細な導体路網から成ることができ、導体路網も比較的幅広のバスストラクチャと相互に接続されている。バスストラクチャの方も、拡幅された接点個所（パッド）を有しており、それらは導体のはんだ付けのために適している。有利には導体は、導体による付加的な陰を出来るだけ低く抑えるために、バスストラクチャ上に直接被着される。
【００１６】
その場合有利には薄膜技術において被着されたバスストラクチャないし接続のために用いられるパッドには、例えば溢流はんだ付け法またははんだペーストの供給による、はんだ付け片を備えることができる。
【００１７】
導体そのものは、良導電性の材料、例えば銅から成っている。本発明の実施例において、導体は錫で被覆されている。これによりはんだ付けが容易になり、その際僅かなはんだ錫またははんだペーストしか必要でないか、または場合により付加的なはんだ媒体またははんだペーストを完全に省略することができる。
【００１８】
太陽電池の前面における接触接続のために用いられる導体の本発明の構成の利点は、ただ単に、個別電池の機械的な安定性にあるのではなく、個別電池をソーラモジュールないし太陽電池アレイに接続形成する際にも生じる。太陽電池辺縁から突出しかつ例えばヘアピン状に曲げられた導体部分は、例えば相互接続すべき太陽電池間の別の接続手段によるはんだ付けによって相互接続するために申し分なく適している。
【００１９】
接続手段は、太陽電池の裏面に例えばはんだ付けによって被着されている別の導体部分とすることができる。これら導体部分は同様に、突出している端部を有しておりかつ前面における突出しておりかつ場合によりＵ字形または別様に曲げられているかまたは相互接続されている導体部分に接続することができる。
【００２０】
裏面に被着されている別の導体部材は例えば、テープ状のもの、すなわち矩形の横断面を有する導体部材とすることができる。しかし円形または卵形の横断面を有する導体部材も適している。これらはさらに、太陽電池の前面上の導体と同じ形状を有していることができる。
【００２１】
２つの隣接する太陽電池を相互接続するために、例えば真っ直な導体部材のルーズな端部を導体の曲げられかつ相互接続されている部分においてはんだ付けすることができる。この配置は、製造許容偏差が改善されるという利点を有している。前面における導体も裏面における導体もそれぞれ相互接続することも可能である。少なくとも、接続すべき導体および導体部材の部分において２つの隣接する太陽電池を相互接続するために、はんだ付けのために比較的幅広の曲げられた部分を使用することができるので、相互接続すべき部分（導体および導体部材）ははんだ付け個所において広範の領域においてオーバラップすることができる。はんだ付けは大きな許容偏差を以て行うことができるので、太陽電池相互または位置決めマークに対して簡単に位置決めすることが可能である。
【００２２】
導体部材は、太陽電池裏面においてミアンダ状に曲げることもでき、その場合少なくとも導体部材の曲げられた部分が１つの辺において太陽電池裏面を超えて突出している。
【００２３】
本発明の太陽電池の別の利点は、１つの太陽電池アレイに相互接続されている個別太陽電池の機械的な安定性から生じる。種々異なった熱膨張係数に基づいて生じる力は、太陽電池の前面ないし裏面の導体または導体部材の裂断を来すことなしに、突出している曲げられた部分によって簡単に受け取ることができる。真っ直なテープ状体の直接のはんだ付けを用いた太陽電池の従来の相互接続では、上記力は縦方向の力を蓄積する部材を設けることによって補償しなければない。このために、テープ状体は太陽電池間で例えばＺ状に折り目がつけられた。本発明による太陽電池ではこれは省略されるので、アレイにおける太陽電池は一層密に、すなわち僅かな太陽電池相互間隔で配置することができる。
【００２４】
本発明の太陽電池の相互接続の別の実施例によれば、導体の端部は、それらが隣接する太陽電池の裏面に直接はんだ付けすることができる程度に太陽電池辺縁から突出させている。これにより、隣接した太陽電池の裏面において、導体部材またはＵ字形のループ当たりに複数の接触接続が、例えばはんだ付けまたは溶接によって可能になる。すなわち、プロセスの信頼性、したがって方法の歩留まりが高められる。導体の突出している部分を曲げることによって、このようにして、相互接続された太陽電池間に約１．５ｍｍという短い間隔を保持することができる。隣接する太陽電池の辺縁は、前面における厚膜ストラクチャが回転されて被着されておりかつ適当な角度において配向されていないときでも、相互に平行に配向することができる。
【００２５】
さらに導体の突出している端部の延長によって、太陽電池ないし相互接続されている太陽電池アレイの外部との相互接続も実現することができる。確かにその場合、導体の著しく長く突出している部分を所望の長さに短くすることが必要なことがある。
【００２６】
【実施の形態】
次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【００２７】
図１には、導体路ストラクチャのパターンを有する、太陽電池１の前面が図示されている。導体路ストラクチャの上に、表面上に均一に分配されているＵ字形に曲げられた導体２が被着されている。導体２は、導体路ストラクチャのパターンと例えばはんだ付けによって接続されている。はんだ付け個所３において、導体路ストラクチャのパターンが拡がっている。
【００２８】
図２には、図１に図示の実施例の変形が示されている。導体２は突出している部分においてＵ字形ではなく、とがった形に曲げられておりかつ相互接続の際に太陽電池の裏面に直接接触接続するために特別適している。
【００２９】
図３には、導体路ストラクチャのパターンを備えている、太陽電池の前面に導体２を配置する別の実施例が図示されている。導体路２は、太陽電池１の前面にミアンダ状に配置されている唯一の長く延びた導体から成っている。太陽電池１の１つの辺（図では右側に図示されている）において、ミアンダ状の導体２によって形成されているループが太陽電池１の辺縁から突出している。線材から成るミアンダ状の導体２は、簡単にかつコストの面で有利に製造される。さらに、太陽電池の製造の際の導体路ストラクチャに対する位置決めも問題ない。この導体２も、導体路ストラクチャのパターンに例えばはんだ付けによって固定されている。
【００３０】
図４には、本発明の太陽電池の裏面における１つの可能な配置例が示されている。この裏面は、１つの（図示されていない）裏面金属化部を有しており、金属化部は全面的であるかまたはストラクチャ化されている。裏面金属化部の上に、導体部材６、例えば太陽電池１の辺縁から僅かに突出している金属テープが被着されている。
【００３１】
裏面における導体部材６を前面における導体部材２に相応して配置することもできる。そうした場合導体部材６は図１、図２または図３に示すように構成することができ、導体部材６の曲げられた部分は太陽電池１を辺縁において突出している。
【００３２】
図５には、上述したように前面に導体２を備えかつ裏面に導体部材６を備えた太陽電池１を別の同形式の太陽電池１′に相互接続するための１実施例が示されている。太陽電池は、太陽電池辺縁を突出した、導体部材６の端部が、第１の太陽電池１の表面に被着されて該太陽電池の辺縁を突出している、導体路２のループと重なるように、相並んで配置される。図から分かるように、接触接続すべき部分に対して、大きなオーバラップ領域５が存在する。この領域において導体路２のループが２つの太陽電池間で導体部材６の突出した端部と重なっている。固定のために相応の端部は太陽電池１ないし１′間ではんだ付けされている。このように結合された２つの太陽電池は相応の方法で任意の数の別の同形式の太陽電池に結合ないし相互接続することができる。すなわち、“エンドレスな”太陽電池列を製造することができる。しかし、所定の数の太陽電池を１つのモジュールに所望の方法で重ねて配置しかつはんだ付けによって相互に接続すると有利である。その際例えば、導体２の配向を同じ太陽電池の裏面における導体部材６の配向に対して９０°だけずらして、２つの太陽電池が“角を作りながら”相互に接続することができるようにすることも可能である。すなわち、唯一の太陽電池列を有するモジュールのミアンダ状の配置構成が可能である。
【００３３】
図６には、例えば図４のように構成された、前面における導体２を、別の同形式の太陽電池１′の裏面と直接接続した実施例が示されている。第１の太陽電池１の導体２は突出した領域において比較的長めに構成されておりかつ隣接する太陽電池１′の裏面にはんだ付けされている。第１の太陽電池１の裏面においても、別の隣接する（図示されていない）太陽電池の突出する導体２がはんだ付けされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池の前面における１つまたは複数の導体の配置の１実施例を示す略図である。
【図２】太陽電池の前面における１つまたは複数の導体の配置の別の実施例を示す略図である。
【図３】太陽電池の前面における１つまたは複数の導体の配置の別の実施例を示す略図である。
【図４】太陽電池の裏面における導体部材の配置の実施例を示す略図である。
【図５】２つの太陽電池の相互接続の例を示す略図である。
【図６】２つの太陽電池の相互接続の別の例を示す略図である。
【符号の説明】
１，１′ 太陽電池、 ２，２′ 導体、 ６ 導体部材

Claims (10)

1. ダイオード構造を備えた扁平な能動半導体基体（１）と、
   該半導体基体の、光とは反対側の表面における裏面金属化部と、
   該半導体基体の前面における導体路ストラクチャのパターンと、
   該パターンを横断する方向に延在する少なくとも２つの、該パターン上に載着された中実な導体（２）とを備え、該導体は前記パターンと電気的に接続されており、かつ
   それぞれ２つの隣接する導体（２）は一緒に、半導体基体（１）の辺縁から突出してるヘアピン形状またはＵ字形の曲がりくねらせたループを形成している
   ことを特徴とする太陽電池。
2. 唯一の、連続した導体（２）がミアンダ状に、該ミアンダによって形成されたループが１つの辺において半導体基体（１）の辺縁から突出するように当該パターン上に載着されている
   請求項１記載の太陽電池。
3. 前記導体路ストラクチャのパターンは少なくとも部分的に前記半導体基体（１）の表面に埋設されている
   請求項１または２記載の太陽電池。
4. 前記中実な導体（２）は前記パターン上にはんだ付けされている
   請求項１から３までのいずれか１項記載の太陽電池。
5. 前記中実な導体（２）は円形または楕円形ないし卵形の横断面を有している
   請求項１から４までのいずれか１項記載の太陽電池。
6. 前記１つまたは複数の導体（２）の、前記半導体基体（１）辺縁から突出する部分は、該太陽電池（１）を少なくとも１つの別の同種の太陽電池（１′）と連続的ワイヤリングのはんだ付け個所を有する
   請求項１から５までのいずれか１項記載の太陽電池。
7. 前記１つまたは複数の導体（２）の、前記半導体基体（１）辺縁から突出する部分は、隣接する太陽電池の裏面金属化部に直接はんだ付け出連結されている
   請求項６記載の太陽電池。
8. 太陽電池（１′）の裏面において、導体部材がはんだ付けされており、該導体部材は、隣接する太陽電池（１）の１つまたは複数の導体（２）の突出する部分にはんだ付けされている
   請求項６または７記載の太陽電池。
9. 太陽電池（１）の裏面にはんだ付けされている導体部材（６）は、前面における中実な導体（２）と同じ仕方でヘアピン状またはＵ字形状に曲げられていて、該曲げられた部分が前記半導体基体（１）辺縁から突出している
   請求項６記載の太陽電池。
10. 太陽電池の前面側において１つより多くのループが半導体基体（１）の辺縁から突出してる
    請求項１から９までのいずれか１項記載の太陽電池。

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