JP5156482B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

世界的な規模での化石燃料の消費量の増大、それに比例した排出する二酸化炭素等の増加による環境への影響の深刻化などを背景として、単結晶、多結晶シリコンの太陽電池を利用した電気エネルギー生成が普及・拡大している。その中で現状主流として普及しているこれらの太陽電池では、シリコンの使用量が多く、コストダウンの限界があることと、高温環境下では発電効率が低下する等の課題があるため、より低コストで、高温でも発電効率が低下しにくいアモルファスシリコン太陽電池が注目されている。本発明は、そうしたアモルファスシリコン太陽電池を発電源として活用する太陽電池モジュールに関する発明である。

アモルファスシリコンの製造は特開平０５−０５５６１２に開示されるように、ガラス基板上にアモルファスシリコンを積層し太陽電池を形成し、レーザーによって形成された太陽電池を切断し、直列接続することで所定の電圧を得るようになっている。

一方特開平０６−０２１５０１にはステンレス等の導電性基板に太陽電池を形成し、帯状接続体で集電電極を接続する方法が示されている。また特開昭６１−１１６８８１にはステンレス基板太陽電池を導電性接着剤で接続する際の接着強度を向上する方法が示されている。

特開平０５−０５５６１２ 特開平０６−０２１５０１ 特開昭６１−１１６８８１

特開平０５−０５５６１２の方法では、大きな面積の基材に太陽電池を形成し、その大判の太陽電池を所定の面積に分割して、その分割した一単位の太陽電池を、直列に電気的な接続を施し、数１０〜数１００ボルトの実用的な電圧を得る構成としている。このため一単位の太陽電池を形成するために大判の太陽電池にレーザー光を当て、一定間隔でガラス面上に形成された太陽電池部分を除去して分離のための溝を形成している。こうして太陽電池の分離をレーザー光により切断するため、その切断幅はきわめて小さく、全面積に占める除去部分の割合が総面積に対して僅かであり、モジュール全体の効率を大きく損なうことはない。

しかし、現状のアモルファスシリコンの生成技術では、大面積のアモルファスシリコンを、その性能を全面積にわたり均一に製造することは困難であり、その性能的な欠陥の発生位置も一般的にランダムである。そのため一単位の太陽電池の一部に欠点が生じた場合、モジュール全体が不良となり、使用できなくなって、材料の損失に加え、それまで掛けた工数、時間などが無駄になるなど、大きな課題がある。

一方特開平０６−０２１５０１や特開昭６１−１１６８８１に開示されているものでは、一単位の面積が比較的小さな太陽電池を導電性基板に形成してから接続するので、アモルファスシリコンの面積が小さいために不良が生じにくく、モジュールを構成するために選択された一部の太陽電池素子に万一不良があっても、モジュール組立て前にその１つの太陽電池素子を交換することで、モジュール組立て後の不良発生確率を下げることが可能である。

しかしながら、特開昭６１−１１６８８１では導電性接着剤で素子間の電気的な接続・導通をおこなっているため、接続部分での抵抗値が比較的高く、総合的な太陽電池モジュールの効率が低下するという問題があった。これは、単位電池の発電電圧が低い基本的な特性を払拭するために、より高い効率で電気エネルギーを取り出すために、前述したように、これらの単位電池を直列に接続して実際に使用する取り出し電圧を高くするため直列する太陽電池数を多くする必要があるが、それには接続点の数がそれだけ多く、比例してモジュール全体の内部抵抗値が上がってしまい、結果としてモジュールとしての効率が下がるということによる。

また特開平０６−０２１５０１では太陽電池の接続に金属インジウムあるいは低融点金属を用いることが示されているが、しかしながら低融点金属、あるいは低融点合金は機械的強度が低いため、その実施例に記載されているような単にフイルムで覆うのみでは、太陽電池モジュールを屋根等に施工時に、破損してしまうなどの問題があった。
さらには、低融点金属といえども、１５０度以上の加熱が必要であり、これが太陽電池の信頼性向上のため端部に絶縁性を持たせるためにする樹脂材料による被覆を施す場合、一般的な樹脂によるその絶縁材ではその耐熱温度が低いため、耐熱性のあるポリイミドなど高価な材料を用いる必要があった。

また、従来では、ＳＵＳ等からなる導電性基板上に電極層及びアモルファスシリコンからなる半導体層を積層し、その上にＩＴＯ電極層（Ｉｎ_２Ｏ_３ＳｎＯ_２電極層）を形成することによって、太陽電池セルを構成し、この太陽電池セルを電気的に連結することによって太陽電池モジュールが形成されている。この太陽電池セルの連結は、例えば、特開平０６−０２１５０１（特許文献２）に記載されているように、一の太陽電池セルのＩＴＯ電極層と、これと隣り合う他の太陽電池セルの導電性基板とが接続体を用いることにより電気的に接続されている。しかしながら、この特許文献２に記載された接続体は、導電部材と絶縁部材とを積層させた積層体によって形成されており、太陽電池セルとは別体であるため、このような接続体を設けると太陽電池モジュール全体が高価になるという問題がある。

また、特開昭６１−１１６８８１（特許文献３）には、太陽電池セル同士の接続において、導電性接着剤を電極層表面上に太陽電池セルの配列方向と直交する方向に亘って連続的に延びるように設ける例が開示されている。しかしながら、ＩＴＯ電極層は、内部抵抗が高いことから、その表面と平行な方向には電流が流れにくいという性質がある。したがって、特許文献３に示されるように、導電性接着剤を電極層表面上に連続的に延びるように設ける構成では、導電性接着剤の長手方向に渡って確実に電極層と接触させる必要がある。すなわち、仮に、導電性接着剤とＩＴＯ電極層とが剥離する部分が存在し、その剥離部分が一定距離（電極層の内部抵抗の影響により電流が流れなくなる距離：非通電距離と称す）以上に形成されてしまった場合には、内部抵抗損失により電力ロスが発生し、太陽電池モジュールに十分な起電力が得られないという問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、製作コストが抑えられるとともに、隣り合う太陽電池素子同士が電気的に確実に連結することができる太陽電池モジュールを提供することを目的としている。

本発明の太陽電池モジュールは、良導電性金属帯に微結晶シリコン及びまたは非結晶シリコンを積層成膜し、さらに透明電極を積層成膜した太陽電池素子を、複数連結して成る太陽電池モジュールにおいて、前記良導電性金属帯に微結晶シリコン及びまたは非結晶シリコンを直接成膜して積層し、前記太陽電池素子の裏面に直線上に所定間隔置きに小突起、前記太陽電池表面透明電極の一部前記小突起の位置に対応した領域に金属膜を蒸着法あるいはメッキ法により成膜形成し、前記小突起及び前記金属膜を表面活性化手段を用いて前記の小突起および金属膜の表面を活性化し、その活性化した状態で重ね合わせ、圧着して両金属を金属結合して複数の太陽電池素子を電気的に接続している。

請求項２の発明では、太陽電池素子が長方形であり、短い辺が５０ｍｍ以下であり、長い辺を重ね合わせて接合している。

請求項３の発明では、太陽電池素子の複数の小突起が、良導電性金属帯に一体的に形成されている。

請求項４の発明では、太陽電池素子の複数の小突起が、良導電性金属帯と異なる金属で形成されている。

請求項５の発明では、太陽電池素子の側面に絶縁材を設けている。

請求項６の発明では、導電性基板上に半導体層とこの上に上部電極層とが積層される太陽電池素子を複数連結させた太陽電池モジュールであって、隣り合う前記太陽電池素子の一部が、前記半導体層、上部電極の積層される積層方向に重なり合う状態で連結される重複連結部を有しており、前記重複連結部は、一の太陽電池素子の上部電極層上に形成される上部金属接続部と、隣り合う他の太陽電池素子の導電性基板の裏面に形成される下部金属接続部と、が互いに対向する位置に形成されており、これら上部金属接続部及び下部金属接続部の少なくとも一方は、重複部分に沿って所定間隔置きに相手側太陽電池素子に向かって突出して形成されており、これら上部金属接続部と下部金属接続部とが表面活性化手段を用いて前記上部金属接続部及び下部金属接続部の表面を活性化し、その活性化した状態で重ね合わせ、圧着して両金属を金属結合して複数の太陽電池素子を電気的に接続されて連結されていることを特徴としている。

請求項７の発明では、前記所定間隔置きに相手側太陽電池素子に向かって突出して形成される上部金属接続部及び下部金属接続部は、重複部分に沿って延びる金属膜と相手側太陽電池素子に向かって突出する半田とで形成されていることを特徴としている。

請求項８の発明では、前記下部金属接続部が、所定間隔置きに相手側太陽電池素子に向かって突出して形成されていることを特徴としている。

請求項９の発明では、前記下部金属接続部の一部は、前記導電性基板を塑性変形させることにより形成されていることを特徴としている。

請求項１０の発明では、前記太陽電池素子が複数連結された状態でシート状のカバー部材間に収容されており、それぞれの太陽電池素子は、その積層方向がカバー部材に対して交差する姿勢で固定されていることを特徴としている。

請求項１１の発明では、前記カバー部材がフィルム材で形成されており、カバー部材間に収容された太陽電池素子の形状に沿う状態で固定されていることを特徴としている。

請求項１２の発明では、前記太陽電池素子は、その配列方向と直交する方向の寸法よりも配列方向と平行な方向の寸法が小さい短冊状に形成されており、この太陽電池素子の上部電極層表面には、金属材料で形成される電極が前記上部接続部のみに設けられていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、良導電性金属帯に微結晶シリコン及びまたは非結晶シリコンを積層成膜し、さらに透明電極を積層成膜した太陽電池素子を、複数連結して成る太陽電池モジュールにおいて、前記良導電性金属帯に微結晶シリコン及びまたは非結晶シリコンを直接成膜して積層し、前記太陽電池素子の裏面に直線上に所定間隔置きに小突起、前記太陽電池表面透明電極の一部前記小突起の位置に対応した領域に金属膜を蒸着法あるいはメッキ法により成膜形成し、前記小突起及び前記金属膜を表面活性化手段を用いて前記の小突起および金属膜の表面を活性化し、その活性化した状態で重ね合わせ、圧着して両金属を共有結合して複数の太陽電池素子を電気的に接続しているので接続部での太陽電池の実効発電面積の低下を極小化することが可能となり、小突起及び金属膜の両表面を表面活性化した状態で金属同士を直接接続しているので電気的接続抵抗が不要に増えることがなく、従ってモジュールトータルでの効率低下が避けられ、接続部の機械的強度が高い取り扱いのし易い太陽電池モジュールを組み上げることが可能である。また太陽電池素子の製作段階において連続する成膜や切断などの加工工程を構成することが可能で大量生産に適した太陽電池素子およびモジュールの製造が可能となる。

請求項２の発明によれば、太陽電池素子が長方形であり、短い辺が５０ｍｍ以下であり、長い辺を重ね合わせて接合しており、素材が５０ｍｍ以下の幅の狭い良導電性金属帯に直接太陽電池の成膜生成しているので、単体および、その単体を複数枚接続して組み上げたモジュールでも比較的軽く、かつ柔軟性が保たれ、多少の変形に対する耐力を持つので、実際の施工において大量のモジュール使用する発電装置を構成するために補強枠等を付加した構成としてもモジュール単体での総重量が大きくならず、重くかつ脆いガラス等の素材を用いた従来の太陽電池モジュールと比べ、素子単体においては勿論のことモジュールに組み上げた後においても起こりうる、製造及び設置等の作業中の太陽電池素子およびモジュールのクラック発生や破損等の障害を引き起こすことが極めて少ない、取り扱い性の優れたものを提供できる。

請求項３の発明によれば、太陽電池の複数の小突起が、良導電性金属帯に一体的に形成されているので、良導電性金属と小突起の接続抵抗もなく低抵抗のモジュールとすることができる。

請求項４の発明によれば、太陽電池の複数の小突起が、良導電性金属帯と異なる金属で形成されているので、良導電性金属基板の表面が平坦、換言すると太陽電池素子表面が平坦であり発電領域全域が均一の条件となり、発電の損失の低下を防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、太陽電池側面に絶縁材を設けているので、透明電極や良伝導性金属帯を介した短絡を防止できる。

請求項６の発明によれば、太陽電池素子同士を上部金属接続部と下部金属接続部とで金属接合することができるため、従来の積層体からなる接続体等を用いて接続する場合に比べて安価な太陽電池モジュールとすることができる。

また、上部金属接続部及び下部金属接続部の少なくとも一方が所定間隔置きに相手側太陽電池素子に向かって突出して形成されていることにより、確実に電気的に接続させることができる。すなわち、少なくとも一方の金属接続部が相手側太陽電池素子に向かって突出していることから、一の太陽電池素子と他の太陽電池素子とを重ね合わせて重複連結部を形成すると、突出した金属接続部が相手側の金属接続部に必ず接触し、隣り合う太陽電池素子を確実に連結させることができる。そして、突出する金属接続部の間隔を非通電距離以下の間隔、すなわち内部抵抗の影響を受けずに電極層に電流が流れる程度の間隔に設定しておくことにより、一の太陽電池素子とこれと隣り合う他の太陽電池素子とが非通電距離内に必ず電気的接点を持つことができるため、重複連結部において非通電距離以上に剥離部分が形成されることがなく、隣り合う太陽電池素子同士で確実に電気的に接続される。したがって、従来のように電極層表面に沿って延びる形状の導電性接着剤を設ける場合に比べて、剥離部分を非通電距離以下に抑えて金属接続部（接続体）と電極層表面とを確実に電気的に接続させることができる。

請求項７の発明によれば、半田と接合しやすい金属膜を設けることにより、最も容易な構成で上部金属接続部と下部金属接続部とを接合させて太陽電池素子同士を電気的に接続することができる。

請求項８の発明によれば、下部金属接続部が導電性基板の裏面に形成されるため、導電性基板の表面側に半導体層及び上部電極層を積層する工程よりも前工程又は積層工程と並行して形成することができる。一方、上部金属接続部は、積層する工程の後工程で形成する必要があるため、所定間隔置きに突出して形成される金属接続部を下部金属接続部とする方が製造工程を簡略化することができる。

請求項９の発明によれば、各下部金属接続部間の距離を確実に維持することができる。すなわち、従来のように別部材で下部金属接続部を形成すると、下部金属接続部と上部金属接続部とを連結させる際に下部金属接続部の位置がずれる虞があるが、請求項９の発明によれば、位置ずれの虞はないため、下部金属接続部の間隔が非通電距離以下の間隔を保って電気的な接続を確実に行うことができる。

請求項１０の発明によれば、両カバー部材間の寸法を抑えることができるため、薄型の太陽電池モジュールとすることができる。

請求項１１の発明によれば、カバー部材が相手部材の表面形状に追従して変形可能なフィルム材で形成されているため、カバー部材間の太陽電池素子の形状に沿うように変形させて太陽電池素子を挟持させることができる。したがって、太陽電池モジュールを薄型に形成することができるとともに、太陽電池素子同士の連結強度を向上させることができるため、可撓性に優れた太陽電池モジュールとすることができる。

請求項１２の発明によれば、短冊状に形成される太陽電池素子の短尺寸法を非通電距離以下の寸法、すなわち上部電極層の内部抵抗の影響を受けずに上部電極層に電流が流れる程度の寸法に設定することにより、上部電極層上に上部接続部が設けられる領域以外の領域に金属材料で形成される集電電極を設ける必要がない。したがって、集電電極を設ける場合に比べて、太陽電池モジュールの有効発電領域を高めることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。まず図１において原材である良導電性金属帯１に所定の太陽電池素子の単位ユニット長さに応じた所定のピッチで、工程上あるいは最終製品の位置の認識や位置決め、或いは組立てに有用な複数のガイド用の孔２ａ，ｂ，３ａ，ｂをロールの準備工程或いは、微結晶シリコン及びあるいは非結晶シリコン成膜工程の前工程で窮孔する。

具体的には、図１４に示すように、ロール状の良導電性金属帯１にガイド用穴２ａ、２ｂが長手方向に所定のピッチで形成されるとともに、ガイド用穴３ａ、３ｂがガイド用穴２ａ、２ｂのピッチと同ピッチで形成されている。そして、ロール状の良導電性金属帯１が単位ユニット長さに切断されると、図２に示すように、単位ユニット長さの良導電性金属帯１の両端部分に、ガイド用穴２ａ，２ｂとガイド用穴３ａ，３ｂとを有する状態となる。

また図２に示す良導電性金属帯１への小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・・の付加形成は、その原材の状態でプレス或いはパンチング加工で一体的に直接形成する、或いは別部材を溶着等の工法で付加形成する方法が開示でき、それぞれの要求される製品の仕様によって選択される。またこの小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・・を形成する工程は太陽電池素子の成膜の後の工程で形成することも可能である。また、この小突起の形状はその表面活性化とそれに続く接合の方法により、その先端が球面であったり、或いは先端に平坦部を形成したりすることが求められる。

前記のガイド用孔２ａ，ｂ，３ａ，ｂを窮孔し、また小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・を形成したロール素材を、太陽電池を生成するプラズマ装置等（図示せず）に供給し、図３Ａ、のように半導体Ｎ層１０およびＰ層１２を、或いは図３Ｂのように半導体Ｎ層１０、Ｉ層１１、Ｐ層１２を順次形成し、さらにそのＮ層１０の表面に透明電極（ＩＴＯ）１３よりなる太陽電池素子を形成する。このとき、透明電極１３の形成時に実発電領域境界を確保しながら太陽電池素子の全周囲の一部をマスキングして透明電極１３の形成しない領域を設ける、或いは図５のように実効発電領域の周囲を溝状にレーザー光などにより除去することが望ましい。次にプラズマ装置に連結する加工装置（図示せず）に送り、それぞれの前記太陽電池素子を電気的に接続する透明電極１３の表面の所定の位置に蒸着法あるいはメッキ法によって透明電極１３の表面に図４に示すように金属膜１４を成膜する。この金属膜は連続する一枚の帯状でも良いし、小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・の受けに必要な複数の島状であっても良い。この透明電極１３の成膜工程を経て、一単位の太陽電池素子の長さごとに連続する良導電性金属帯１が出来上がる。このとき透明電極１３を形成した後工程において、図６に示すように形成された透明電極１３のマスキングした長辺の淵に沿って速乾性、あるいは加熱硬化性、あるいはＵＶ硬化性等の液状の絶縁材１５を塗布した上で固化し、太陽電池素子の透明電極１３とＰ層１２或いは良導電性金属帯１が偶発的に短絡するのを防ぐ加工を施すことが望ましい。

この出来上がった、一定長さの太陽電池が連続形成された良導電性金属帯１を一単位の長さの太陽電池素子を個別の素子に切断する工程の後、両端に準備した複数のガイド用の孔２ａ，ｂ，３ａ，ｂにより固定する治具（図示せず）によって、切断された短冊状の１つの太陽電池素子を以降の加工工程での加工位置の精度を維持する為にも、たるみなく治具を介して装置に固定する。そして治具で固定し安定した姿勢において、太陽電池素子を１０−４Ｐａ程度の真空状態において、裏面に形成された小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・、及び表面に形成された金属膜１４の表面を、電子ビーム等により表面活性化させる工程の後、その表面活性化工程の直後に、１つの太陽電池素子の裏面の小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・と、他の太陽電池素子の表面に形成した金属膜１４とを重ね合わせ圧接し接合する工程によって２つの太陽電池素子が確実に電気的に接続できる。これを必要枚数繰り返すことで所定の両端総発電電圧をもつモジュールが完成する。なお、この電子ビーム等による表面活性化の工程では、表裏両面から同時に照射することも可能だが、高価な装置を複数台設置する必要があるが、一方向からの照射で済ますよう固定治具で固定された太陽電池素子を、照射位置において装置の中で太陽電池素子の両長辺の中心軸で１８０度回転することにすれば、一方向からの電子ビームの照射で済ますことも可能となる。

後は、必要に応じ、図示はしないが、モジュールとして組み上げた両端の太陽電池素子の両長辺端面の電力を取り出す接続電極を太陽電池素子間の接続時と同様の工程で付加する、或いはモジュール両端の短辺の良導電性金属帯１の両端に取り出し接続電極を追加す部品を接続する工程、またモジュール全体を光透過性の樹脂で覆う塗膜或いはフィルム貼付工程など、最適なモジュールの最終仕様にあわせ工程を追加する。

この工程中少なくとも小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・および金属膜１４の表面の電子ビーム等によるそれらの表面の活性化と、その表面活性化直後の圧接接合の工程は真空雰囲気での加工が必要であり、できれば同じ真空槽（チャンバー）で実行することが望ましい。従って全工程は太陽電池素子を形成する工程と、表面活性化及び接合工程、そして電極付加及び表面保護膜などの仕上げ工程が主要な工程となり、これらの工程をそれぞれの工程タクト時間（一加工部品の製造必要時間）に応じて設備配置と連携することで太陽電池モジュールのユニットを組立て上げる連続した設備配置での製造方法が例示できる。

本発明の他の実施例としては、素材である良導電性金属帯の短い辺を５０ｍｍ以下とし、長い辺を重ね合わせて接続にすることにより、素材の柔軟性、および薄膜で形成した完成した太陽電池素子もその柔軟性を保ち、加えて複数の太陽電池素子を接続した太陽電池モジュールにおいても、脆い素材をベースに作成された他のモジュール等と比較して格段に軽量で、変形に強く、設置の形態も大きな半径に沿ったような形状も可能となる。

またその他の実施例としては、良導電性金属帯に、異なる金属で小突起を付加形成することにより、太陽電池素子の表面が平坦にすることが可能で、実効的な発電面積の減少を防ぐことができ、また小突起形成に使用する、銅或いは銅を主体とする合金材料等の低抵抗材料を用いる、或いは表面活性化による金属接合工程にその物性が適した金属材料を選択することにより、接続抵抗を低減し、また表面活性化による金属接合の強度を確保することが可能となる。

さらに他の実施例としては、太陽電池素子間の接合方法として超音波エネルギーを用いる方法が推奨できる。この方法では、一般的に高価な電子ビーム等の発生装置と必要とせず、また真空雰囲気である必要も無い。図７に示すように、太陽電池素子の裏面に形成した小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・と表面に金属膜１４を形成した２つの太陽電池素子を接続すべき位置で重ね合わせ、透明電極１３を超音波装置の固定の受け治具１６に、そして良導電性金属帯の裏面金属表面から超音波ホーン１７を当て、超音波を発振して超音波エネルギーを金属膜１４と小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・の接合部に伝達し、接続部で集中した振動エネルギーにより両金属表面の表面活性化から金属結合による接続が可能となる。

具体的には、図１５に示すように、一方の太陽電池素子の小突起４ａ，４ｂ，４ｃ・・と他方の太陽電池素子の金属膜１４とを当接させる。そして、小突起４ａ，４ｂ，４ｃ・・と金属膜１４とが当接する部分を超音波ホーン１７と受け治具１６との間に挟み込み、この状態で超音波を発生させる。これにより、小突起４ａ，４ｂ，４ｃ・・と金属膜１４とが接合され、太陽電池素子同士を電気的に接続することができる。

また、前記の超音波装置へのワーク（この場合は接続すべき２つの太陽電池素子）の置き方を逆に、つまり一方の太陽電池素子の良導電性金属帯１の裏面金属表面を固定の受け治具１６に置き、他の太陽電池素子の透明電極１３の表面から超音波ホーン１７を当て、超音波を発振して超音波エネルギーを小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・と金属膜１４の接合部に伝達し、接続部で集中した振動エネルギーにより両金属表面の表面活性化から金属結合による接続することも可能である。

さらに、このときの超音波装置の前記の固定の受け部において、その前記の固定の受け部の一部を載置する太陽電池素子の透明電極１３、或いは良導電性金属帯１の表面形状に倣う形状で形成し、前記固定の受け部の一部の接合面に、前記固定の受け部に載置されたワークを吸引する小孔を設け、その窮設された小孔から１０Ｐａ程度で吸引しワークを固定することも好ましい。

また図８に示すように超音波ホーン１７の複数の突起１７ａ，ｂ，ｃ，・・を、良導電性金属帯１の長手方向に沿って裏面金属表面に圧接して、長手方向に超音波振動させることで複数の小突起４ａ，ｂ，ｃ，・・と金属膜１４に同時に振動を与え接合することもできる。

具体的には、図１６に示すように、一方側の太陽電池素子を受け治具１６に取付けた状態で、一方の太陽電池素子の小突起４ａ，４ｂ，４ｃ・・と他方の太陽電池素子の金属膜１４とを当接させる。そして、小突起４ａ，４ｂ，４ｃ・・と金属膜１４とが当接する部分を超音波ホーン１７と受け治具１６との間に挟み込み、この状態で超音波を発生させる。これにより、小突起４ａ，４ｂ，４ｃ・・と金属膜１４とが長手方向に亘って接合され、太陽電池素子同士を電気的に接続することができる。

次に、本発明の太陽電池モジュール２０の実施の形態について説明する。図９は、本実施形態における太陽電池モジュール２０の構成を示す概略図である。

太陽電池モジュール２０は、両電極２２間に太陽電池素子３０が複数配列された太陽電池素子部２１を有しており、この太陽電池素子部２１と電極２２とが一体的に形成されている。具体的には、太陽電池素子部２１及び電極２２が配列方向と直交する方向の両面からカバー部材２３でサンドイッチされており、太陽電池素子部２１及び電極２２とカバー部材２３との間にはＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）２４が充填された状態で一体的に形成されている。本実施形態では、太陽電池素子部２１におけるそれぞれの太陽電池素子３０が、カバー部材２３の表面に対して交差する姿勢（所定角度有する姿勢）で一体的に形成されている。これにより、太陽電池素子３０がカバー部材２３の表面に対して水平をなす姿勢で一体形成される太陽電池モジュール２０’（図１３参照）に比べて、カバー部材２３間に収容される太陽電池素子部２１の厚み方向寸法を小さくすることができる。これにより、太陽電池モジュール２０を薄型に形成することができる。なお、太陽電池素子３０の配列方向両端部分では、ＥＶＡ２４で被覆されていない電極２２の一部が剥き出された状態となっている。

太陽電池素子部２１は、複数の太陽電池素子３０が配列されて形成されている。具体的には、短冊形状に形成された複数の太陽電池素子３０が一方向に配列されて形成されており、これらの太陽電池素子３０が重複連結部２５で電気的に接続されることにより連結されている。すなわち、太陽電池素子３０は、その配列方向と直交する方向に延びる長尺寸法と、配列方向と平行な方向に延びる短尺寸法とを有する短冊形状に形成されており、長尺寸法を有する部分で重複連結部２５が形成されている。

この重複連結部２５は、一の太陽電池素子３０とこれと隣り合う太陽電池素子３０との一部同士が、後述の半導体層３３、上部電極層３４等が積層される積層方向に重なり合うことにより形成されており、その重なり合う部分で、一の太陽電池素子３０の裏面側とこれと隣り合う太陽電池素子３０の表面側とが電気的に接続されることにより連結されている。なお、配列方向両端部分における太陽電池素子３０は、それぞれ電極２２と電気的に接続されている。

また、太陽電池素子３０の短尺寸法は、後述の上部電極層３４の内部抵抗の影響を受けずに上部電極層３４に電流が流れる寸法に設定されている。これにより、本実施形態における太陽電池素子３０には、太陽電池素子３０の配列方向に延びる金属製の集電電極が不要となっている。したがって、集電電極が設けられた太陽電池モジュール２０に比べて、同一設置面積における有効発電領域の割合を高めることができるようになっている。

図１０は、隣り合う太陽電池素子３０が連結される前の状態を模式的に示した図である。太陽電池素子３０は、導電性を有する導電性基板３１（上述の良電性金属帯１から形成される）の表面上に下部電極層３２、半導体層３３、上部電極層３４がこの順に積層されている。ここで、本実施形態における積層方向とは、この導電性基板３１、下部電極層３２、半導体層３３、上部電極層３４が積層される方向をいう。本実施形態では、導電性基板３１としてステンレス基板が用いられている。そして、下部電極層３２としてＺｎＯ、半導体層３３としてアモルファスシリコン、上部電極層３４にはＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３ＳｎＯ_２）（上述の透明電極１３に相当）が用いられている。

上部電極層３４上には他の太陽電池素子３０と電気的に接続するための上部金属接続部３５が設けられている。本実施形態では、この上部金属接続部３５は、上部電極層３４上に形成される金属膜３５ａ（上述の金属膜１４に相当）であり、上部電極層３４における重複連結部２５に形成されている。具体的には、太陽電池素子３０の配列方向と直交する方向に一様に亘って形成されている。この上部金属接続部３５は、上部電極層３４上に積層されるＣｒ又はＮｉとＣｕとの二層構造を有する金属層や、Ｓｎ等の一層構造が例としてあげられる。そして、これらの金属膜３５ａはスパッタリング、蒸着、メッキ、印刷法等によって形成されている。

また、導電性基板３１の裏面には、他の太陽電池素子３０と電気的に接続するための下部金属接続部３６が設けられている。本実施形態では、この下部金属接続部３６は、相手側太陽電池素子３０に向かって突出して形成されている。具体的には、下部金属接続部３６は、導電性基板３１の裏面に形成される金属膜３６ａとこの金属膜３６ａ上に接合して形成される接合金属３６ｂによって形成されている。

金属膜３６ａは、上部金属接続部３５と同様に、太陽電池素子３０の配列方向と直交する方向に一様に亘って形成されている。また、接合金属３６ｂは、塊状の形状を有しており、この接合金属３６ｂが金属膜３６ａ上に接合されることにより、下部金属接続部３６が相手側太陽電池素子３０に向かって突出して形成されるようになっている。

具体的には、図１１に示すように、接合金属３６ｂは、所定の間隔（図１１のｔで示す間隔）を置いて金属膜３６ａ上に接合されている。この所定の間隔とは、上部電極層３４の内部抵抗に影響されることなく、電極層表面に電流が流れることが可能な間隔（非通電距離以下）の間隔である。

また、この金属膜３６ａは、導電性基板３１の裏面に積層されるＣｒ又はＮｉとＣｕとの二層構造を有する金属層や、Ｓｎ等の一層構造を有しており、導電性基板３１の裏面に、スパッタリング、蒸着、メッキ、印刷法等を用いることによって形成されている。このように、金属膜３６ａの接合金属３６ｂと接する表面をＣｕとすることにより、金属膜３６ａと接合金属３６ｂとの密着性を向上させることができる。この場合、接合金属３６ｂには、安価な共晶半田、無鉛半田（Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等）を選択することができる。ここで、図１０では、接合金属３６ｂが塊状になっているが、実際には超音波接合、プラズマ接合、熱を加えることにより、接合金属３６ｂが溶融し上部金属接続部３５と下部金属接続部３６とが一体化され、電気的に接続されて連結されるようになっている。

このような実施形態における太陽電池モジュール２０の重複連結部２５の形成は、次のように行われる。ここで図１１は、重複連結部２５を太陽電池素子３０の配列方向から見た図である。すなわち、図１１（ａ）に示すように、一の太陽電池素子３０とこれと隣り合う他の太陽電池素子３０との一部同士を重ね合わせると、突出した下部金属接続部３６が相手側太陽電池素子３０の上部金属接続部３５（金属膜３５ａ）と対向する状態となる。この状態から、一の太陽電池素子３０と他の太陽電池素子３０とを接近させると、一の太陽電池素子３０の接合金属３６ｂが導電性基板３１の裏面よりも相手側太陽電池素子３０側に突出して形成されているため、一の太陽電池素子３０の接合金属３６ｂと他の太陽電池素子３０の金属膜３５ａとを確実に接触させることができる。そして、接合金属３６ｂに超音波等を付加させると、図１１（ｂ）に示すように、接合金属３６ｂが溶融して上部金属接続部３５と下部金属接続部３６とが電気的に接続される。ここで、接合金属３６ｂは、所定間隔置きに設けられているため、仮に、下部金属接続部３６間に接合金属３６ｂの剥離部分（図１１（ｂ）におけるｓ）が存在する場合であっても、上部電極層３４の内部抵抗の影響を受ける距離よりも短い距離（非通電距離よりも短い距離）に必ず接合金属３６ｂが存在していることにより、一の太陽電池素子３０と他の太陽電池素子３０とが確実に電気的に接続される。したがって、各太陽電池素子３０の接続部分（重複連結部２５）において、上部電極層４０の抵抗損失による電力ロスが発生する問題を回避することができる。

このように、本実施形態における太陽電池モジュール２０によれば、太陽電池素子３０同士を上部金属接続部３５と下部金属接続部３６とで金属接合することができるため、従来の積層体からなる接続体等を用いて接続する場合に比べて安価な太陽電池モジュール２０とすることができる。

また、一の太陽電池素子３０とこれと隣り合う他の太陽電池素子３０とが重複連結部２５において、非通電距離内に必ず電気的接点を持つことができるため、重複連結部２５において内部抵抗の影響を受ける非通電距離以上に剥離部分が形成されることがなく、隣り合う太陽電池素子３０同士で確実に電気的に接続される。

さらに、本実施形態における太陽電池モジュール２０では、重複連結部２５において、上側の太陽電池素子３０の表面が必ず太陽光に臨める状態になっているため、太陽電池モジュール２０の設置面積に対する有効発電領域の割合を極限まで高めることができる。したがって、太陽電池素子３０同士の連結が別部材の接続体で連結される場合、太陽電池モジュール２０の全体面積における接続体の占める面積だけ発電効率が低下する従来の太陽電池モジュール２０に比べて、高効率な太陽電池モジュール２０とすることができる。

上記実施形態では、下部金属接続部３６に接合金属３６ｂを設ける例について説明したが、上部金属接続部３５に接合金属３６ｂを設けるものであってもよい。この構成であっても隣り合う太陽電池素子３０同士を確実に電気的に連結することができる。ただし、上部金属接続部３５に設ける場合には、導電性基板３１上に上部電極層３４までを積層し、さらにその上に金属膜３５ａを形成した後でなければ接合金属３６ｂを取り付けることができない。したがって、下部金属接続部３６に設ける方が、上部電極層３４までを積層する工程と並行して接合金属３６ｂを取り付けることができるため、製造工程を簡略化できる点で有利である。

また、上記実施形態では、下部金属接続部３６に金属膜３６ａを用いる例について説明したが、導電性基板３１を塑性変形させることにより形成されるものであってもよい。具体的には、プレス加工、パンチング加工等により、導電性金属板を上述の所定間隔置きにその裏面側に上述の小突起４ａ、４ｂ、４ｃ・・が突出するように加工する。そして、その小突起４ａ、４ｂ、４ｃ・・の先端部分に接合金属３６ｂを取り付ける構成であってもよい。これにより、上部金属接続部３５との接合の際にも下部金属接続部３６が所定の間隔を維持することができる。なお、小突起４ａ、４ｂ、４ｃ・・と接合金属３６ｂとの間に密着性を向上させる金属膜を小突起４ａ、４ｂ、４ｃ・・の先端部分に設けてもよい。

また、上記実施形態では、カバー部材２３にシート状の硬い部材を用いる例について説明したが、相手側の表面形状に追従して変形できるフィルム材を用いたカバー部材２３を用いるものであってもよい。具体的には、図１２に示すように、太陽電池モジュール２０が太陽電池素子部２１の両面側からフィルム材のカバー部材２３でサンドイッチ状に覆われて形成されている。すなわち、カバー部材２３が太陽電池素子部２１の表面の形状に変形し、その太陽電池素子部２１の表面に密着している。図１２に示す例では、複数の太陽電池素子３０が配列されることにより形成される表面の形状に変形した状態で密着している。これにより、太陽電池モジュール２０が薄型に形成されるとともに、それぞれの太陽電池素子３０の重複連結部２５の連結強度が補強される。したがって、カバー部材２３をフィルム材で形成することにより、可撓性に優れた太陽電池モジュール２０とすることができる。

以上、説明したように、本発明により、高い発電効率を持つ微結晶シリコン及びまたは非結晶シリコン系の太陽電池を良導電性金属帯上に連続生産することによる低コストで、軽量で、また長手方向のみならずその直角方向にも撓ませることができ、平面だけでなく、大きな半径を持つ曲面へといった設置の自由度の高い太陽電池モジュールを実用化することが可能となる。

窮孔したロール状原材（良導電性金属帯） 小突起を形成した良導電導性金属帯 太陽電池成膜形状の断面拡大図 太陽電池の表面に形成した金属膜 レーザ等による成膜の剥離部拡大図 太陽電池素子の側面に絶縁材を塗布した状態の断面拡大図 超音波による表面活性化による接合 多数の接合を同時にする超音波接合 本発明の太陽電池モジュールの一実施形態における概略図である。 太陽電池素子同士の接合前を示す概略図である。 重複連結部を示す概略図であり、（ａ）は、連結前の状態を示す図であり、（ｂ）は、連結後の状態を示す図である。 カバー部材にフィルム材を適用した太陽電池モジュールを示す図である。 太陽電池素子がカバー部材に対して水平方向をなす太陽電池モジュールの参考図である。 ロール状原材（良導電性金属帯）を示す図である。 超音波により接合される状態を示す一部拡大図である。 超音波により接合される状態を示す全体図である。

符号の説明

１ 良導電性金属帯
２ ガイド用孔
４ 小突起
１０ 太陽電池のＮ層
１１ 太陽電池のＩ層
１２ 太陽電池のＰ層
１３ 透明電極
１５ 絶縁材
１６ 固定の受け治具
１７ 超音波ホーン
２０ 太陽電池モジュール
２１ 太陽電池素子部
２３ カバー部材
２５ 重複連結部
３０ 太陽電池素子
３１ 導電性基板
３４ 上部電極層
３５ 上部接続部
３５ａ 金属膜
３６ 下部接続部
３６ａ 金属膜
３６ｂ 接合金属

Claims (12)

1. 良導電性金属帯に微結晶シリコン及びまたは非結晶シリコンを積層成膜し、さらに透明電極を積層成膜した太陽電池素子を、複数連結して成る太陽電池モジュールにおいて、前記良導電性金属帯に微結晶シリコン及びまたは非結晶シリコンを直接成膜して積層し、前記太陽電池素子の裏面に直線上に所定間隔置きに小突起、前記太陽電池表面透明電極の一部前記小突起の位置に対応した領域に金属膜を蒸着法あるいはメッキ法により成膜形成し、前記小突起及び前記金属膜を表面活性化手段を用いて前記の小突起および金属膜の表面を活性化し、その活性化した状態で重ね合わせ、圧着して両金属を金属結合して複数の太陽電池素子を電気的に接続としたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 太陽電池素子が長方形であり、短い辺が５０ｍｍ以下であり、長い辺を重ね合わせて接合することを特徴とした請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 太陽電池素子の複数の小突起が、良導電性金属帯に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
4. 太陽電池素子の複数の小突起が、良導電性金属帯と異なる金属で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
5. 太陽電池素子の側面に絶縁材を設けた請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
6. 導電性基板上に半導体層とこの上に上部電極層とが積層される太陽電池素子を複数連結させた太陽電池モジュールであって、
   隣り合う前記太陽電池素子の一部が、前記半導体層、上部電極の積層される積層方向に重なり合う状態で連結される重複連結部を有しており、
   前記重複連結部は、一の太陽電池素子の上部電極層上に形成される上部金属接続部と、隣り合う他の太陽電池素子の導電性基板の裏面に形成される下部金属接続部と、が互いに対向する位置に形成されており、これら上部金属接続部及び下部金属接続部の少なくとも一方は、重複部分に沿って所定間隔置きに相手側太陽電池素子に向かって突出して形成されており、これら上部金属接続部と下部金属接続部とが表面活性化手段を用いて前記上部金属接続部及び下部金属接続部の表面を活性化し、その活性化した状態で重ね合わせ、圧着して両金属を金属結合して複数の太陽電池素子を電気的に接続されて連結されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
7. 前記所定間隔置きに相手側太陽電池素子に向かって突出して形成される上部金属接続部及び下部金属接続部は、重複部分に沿って延びる金属膜と相手側太陽電池素子に向かって突出する半田とで形成されていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記下部金属接続部が、所定間隔置きに相手側太陽電池素子に向かって突出して形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記下部金属接続部の一部は、前記導電性基板を塑性変形させることにより形成されていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記太陽電池素子が複数連結された状態でシート状のカバー部材間に収容されており、それぞれの太陽電池素子は、その積層方向がカバー部材に対して交差する姿勢で固定されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
11. 前記カバー部材がフィルム材で形成されており、カバー部材間に収容された太陽電池素子の形状に沿う状態で固定されていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
12. 前記太陽電池素子は、その配列方向と直交する方向の寸法よりも配列方向と平行な方向の寸法が小さい短冊状に形成されており、この太陽電池素子の上部電極層表面には、金属材料で形成される電極が前記上部接続部のみに設けられていることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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