JP5164202B2 - 太陽電池モジュールにおける太陽電池の相互接続 - Google Patents

Description

本発明は、一般に太陽電池に関し、特に太陽電池モジュールにおける対応電池の相互接続のための方法及び構造に関する（但しこれには限定されない）ものである。

太陽電池は、「光電池」とも呼ばれ、太陽放射を電気エネルギーへ変換するための周知のデバイスである。太陽電池は、半導体プロセス技術を用いて半導体ウェハ上に作製することが可能である。概して言えば、太陽電池は、シリコン基板にＰドープ領域及びＮドープ領域を形成することにより作製することが可能である。太陽電池上に入射する太陽放射は、Ｐドープ領域及びＮドープ領域へ移動する電子及び正孔を生成し、これによりそれらドープ領域間に電位差が生成される。裏側接点式（backside-contact）太陽電池では、それらドープ領域が該太陽電池の裏側にある導電性リードに接続され、これにより該太陽電池に外部の電気回路を接続して該太陽電池により給電することが可能となる。裏側接点式太陽電池については、米国特許第5,053,083号及び第4,927,770号に開示されている。

太陽電池によっては、互いに接続されて１つの太陽電池アレイを形成するものがある。太陽電池アレイでは、１つの太陽電池のＰドープ領域に接続された導電領域（以下「正領域」）が、隣接する１つの太陽電池のＮドープ領域に接続された導電領域（以下「負領域」）に接続される。次いで、該隣接する太陽電池の正領域が次の隣接する太陽電池の負領域に接続される、といった具合である（以下同様）。この太陽電池の連鎖化を繰り返して、太陽電池アレイの出力電圧を増大させるように複数の太陽電池を直列に接続することが可能である。複数の裏側接点式太陽電池は、穴のあいた導電材料の比較的長い単一ストリップを使用して共に接続されている。米国特許第6,313,395号もまた、太陽電池アレイを形成するための複数の裏側接点式太陽電池の相互接続について開示している。

従来の（すなわちフロントサイドコンタクト（正面側接点式の））太陽電池の正面側電気接続を視覚的に遮蔽するための試みがなされてきた。例えば、Webasto Roof Systems, Inc.は、自動車の屋根で使用するために太陽電池アレイを視覚的に魅力的なものとすべく、塗料又はテープで覆われた母線を従来の太陽電池アレイに導入した。従来の太陽電池への電気的な接続は、太陽電池の正面側（すなわち太陽に面する側）にある接点部分に対して行われる。裏側接点式太陽電池は、全ての電気的な接続部を裏側に有しているため、従来の太陽電池における電気的な接続部を遮蔽するための従来の方法は、裏側接点式太陽電池に容易に適用することはできない。

一実施形態では、太陽電池モジュールは、１つの太陽電池アレイとして相互接続された複数の太陽電池を含む。相互接続アセンブリが、２つの隣接する太陽電池の裏側を電気的に接続する。該相互接続アセンブリは、太陽電池の裏側の接点を別の太陽電池の裏側の接点に電気的に接続する相互接続部を有することが可能である。該相互接続アセンブリは更に、太陽電池と該相互接続部との間に配置された相互接続部シールドを含むことが可能である。

本発明の上述その他の特徴は、図面及び特許請求の範囲を含む本開示全体を参照することにより当業者には容易に理解されよう。

本出願は、2004年6月4日出願の「Solar Cell Interconnect Shield」と題する米国仮出願第60/577,056号の利益を請求するものである。

異なる図面における同一符号の使用は、同一の又は類似した構成要素を示している。図面は、特に言及しない限り、必ずしも実際の縮尺にはなっていない。

本開示では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、装置、構成要素、及び方法といった、多数の特定の細部を提供する。しかし、本発明は、かかる特定の細部のうちの１つ又は２つ以上なしでも実施することができるものである、ということが当業者には理解されよう。別の例では、本発明の特徴が不明瞭になるのを回避するために、周知の細部については図示せず又は説明しない。

図１は、本発明の一実施形態による太陽電池モジュール150を概略的に示している。該太陽電池モジュール150は、太陽電池100、相互接続アセンブリ110、及び１つ又は２つ以上の母線120を含む。バックシート、保護層、追加の太陽電池、追加の母線及び相互接続アセンブリといった太陽電池モジュール150の他の構成要素は、図示の明瞭化のため図１には示さない。図１は、太陽電池100の裏側を示している。該太陽電池の裏側の反対側は「正面側」と呼ばれている。現場で取り付けられる際、太陽電池100の正面側が、太陽に面するように向けられる。

一実施形態では、太陽電池100は裏側接点式太陽電池からなる。すなわち、該太陽電池100への電気的な接続はその裏側から行われる。相互接続アセンブリ110は、太陽電池100をそれに隣接する太陽電池100へ又は母線120へ電気的に接続する。相互接続された太陽電池100は、包括的に「太陽電池アレイ」とも呼ばれる。図１の例では、相互接続アセンブリ110は、太陽電池100の正の接点を、もう１つの太陽電池100の対応する負の接点に電気的に接続する。太陽電池100を共に相互接続することにより、太陽電池アレイの出力電圧が増大する。

図２(a)は、本発明の一実施形態による相互接続アセンブリ110Aを使用して共に電気的に接続された、太陽電池100の裏側を概略的に示している。該相互接続アセンブリ110Aは、図１に示す相互接続アセンブリ110の特定の一実施形態である。図２(a)の例では、相互接続アセンブリ110Aは、相互接続部210及び相互接続部シールド220を含む。該相互接続部シールド220は、相互接続部210を太陽電池100の裏側の接点（例えばはんだパッド）に（例えばはんだ付けにより）電気的に接続する前に、相互接続部210に付与することが可能である。一実施形態では、相互接続部シールド220が相互接続部210に取り付けられて相互接続アセンブリ110Aが形成される。該相互接続アセンブリ110Aが太陽電池100の裏側上に押圧されて、相互接続部シールド220が太陽電池100に対して押圧される。次いで、該相互接続部210が、太陽電池100の裏側にあるはんだパッド上にはんだ付けされる。相互接続部210と太陽電池100との間に相互接続部シールド220が存在するため、該相互接続部シールド220は、太陽電池アレイの一体的な部分になり、好適には共に太陽電池アレイをアセンブルする前に太陽電池100又は相互接続部210に付与される、ということに留意されたい。

相互接続部シールド220は、はんだパッド以外の領域で相互接続部210と太陽電池100の縁部との間の電気的な絶縁を有利にも提供し、これにより、太陽電池内の効率を低下させる電気経路が防止される。すなわち、相互接続部シールド220は、複数の太陽電池100を電気的に接続するために使用される材料と、該太陽電池100のうち望ましくない分路を形成することになる領域との間の電気的な接触を防止することにより、変換効率の改善に資するものとなる。該相互接続部シールド220はまた、製造プロセス中またはその後に物質が太陽電池100の正面側へ移動するのを有利にも防止する。例えば、相互接続部シールド220は、はんだ付け中に太陽電池100の正面側へはんだ付け用フラックスが移動するのを防止する。更に、図８に示すように、相互接続部シールド220は、太陽電池アレイ内で太陽電池100を隔置する際の基準として使用することが可能である。換言すれば、相互接続部シールド220は、アセンブリの対称性及び美学のため、並びに太陽電池の間隔を高い公差に規制することによる長期にわたる高信頼性の制御のための、太陽電池間ギャップスペーサとして使用することが可能である。

図２(b)は、図２(a)の太陽電池100の正面側を概略的に示している。既述のように、太陽電池100の正面側は、典型的な取り付けでは太陽に面し、それ故、該太陽電池モジュールの目視可能な部分である。図２(b)に示すように、相互接続部シールド220は、相互接続部210（図２(a)参照）を視覚的に隠している。すなわち、該相互接続部シールド220が存在しなかった場合には、太陽電池100の正面側におけるギャップ間に相互接続部210が見えることになる。これは、太陽電池アレイを視覚的に魅力的なものにするだけでなく、隣接する太陽電池100へ光を送って該太陽電池100で光を捕捉し電気へと変換することを可能にする光散乱面を提供することによって変換効率の改善に有利にも資するものとなる。相互接続部シールドはまた、太陽電池間のCu相互接続部又はその他の材料との相互作用から茶色になる可能性のあるＥＶＡを視覚的に遮る。更に、相互接続部シールド及びバックシートの色を選択することにより、様々な視覚的な外観が実施可能となる。

図３(a)は、本発明の一実施形態による相互接続部210を概略的に示している。図３(a)の例では、相互接続部210は、複数の領域を有する単一の連続的な導電材料からなる。該相互接続部210の各領域は、ダイヤモンド形の本体、タブ301、及び面内スリット302又はその他の張力緩和機構を有することが可能である。タブ301は、太陽電池100上の接点上にはんだ付けすることが可能なものである。スリット302は、張力の緩和を有利にも提供し、これは太陽電池用途では特に重要なものである。熱への暴露に起因して太陽電池モジュールの構成要素が伸縮するからである。図３(a)から明らかであるように、相互接続部210は、ワンピース設計によるものであり、これにより、該相互接続部210は、現場での使用にとって一層堅牢かつ耐久性のあるものとなり、及び自動組み立てにより太陽電池100に取り付けるのが一層容易なものとなる。

図３(b)は、本発明の一実施形態による相互接続部210上の相互接続部シールド220を概略的に示している。該相互接続部シールド220は好適には、太陽電池100上の接点への取り付けのためのタブ301の湾曲を最小限にするために、厚さ約0.1mm（0.004インチ）未満となる。美学的な理由により、相互接続部シールド220は好適には、太陽電池モジュールのバックシート（例えば図７及び図８のバックシート703を参照のこと）と同じ色又は類似した色のものとなる（例えば、白色のバックシートには白色の相互接続部シールド220、黒色のバックシートには黒色の相互接続部シールド220）。相互接続部シールド220はまた、好適には、タブ301の位置合わせ不良に起因する電気的な短絡の発生を最小限にすべく、比較的良好な電気的絶縁を提供するものとなる。相互接続部シールド220は好適には、片面テープからなり、その接着面が太陽電池に向かって配置されて、視覚的に魅力的なテープ表面が該モジュールの正面側に向かって形成され、及び相互接続部の取り付けを行う前の太陽電池の位置決め手段として作用する。これと同等に好適な実施形態が、両面テープを使用して、相互接続部シールドを相互接続部210に取り付けること及び太陽電池100への取り付けのための外方に面する接着面を提供することを可能にするものである。このため、相互接続部シールド220は、用途に応じて片面テープ又は両面テープから構成することが可能である。相互接続部シールド220は、相互接続部を視覚的に遮る一体的な被覆を有することが可能である。相互接続部シールド220は、例えば、アクリルベースの接着剤を有する幅6.2mmのポリエステルテープから構成することが可能である。一実施形態では、相互接続部シールド220は、3M社製の3M 850テープからなる。

図４は、太陽電池100の裏側上に押圧された相互接続部シールド220、及び相互接続部シールド220上に押圧された相互接続部210の拡大図を概略的に示している。図４の例では、相互接続部210の外側領域の本体（スリット302-3をスリット302-1,302-2と比較されたい）は、太陽電池100と正しくフィットするようカットされている。破線領域401は、タブ301のための接点を有する太陽電池100の領域を概して示している。

図５(a)は、本発明の一実施形態による相互接続アセンブリ110Bを使用して共に電気的に接続された太陽電池100の裏側を概略的に示している。該相互接続アセンブリ110Bは、図１に示す相互接続アセンブリ110の特定の一実施形態である。図５(a)の例では、相互接続アセンブリ110Bは、相互接続部510及び相互接続部シールド220を含む。該相互接続部510は、「リボン」とも呼ばれ、１つの太陽電池100をもう１つの太陽電池100に電気的に接続するために複数の相互接続部510が必要となる点でマルチピース設計とみなされるものである。相互接続部シールド220は、各相互接続部510を太陽電池100の裏側の対応する接点に取り付ける前に、太陽電池100の裏側に付与することが可能である。一実施形態では、太陽電池100の裏側のはんだパッドに相互接続部510がはんだ付けされる。図５(b)は、図５(a)の太陽電池100の正面側を概略的に示している。相互接続部シールド220は、相互接続アセンブリ110B,110Aにおいて、同じ役割を果たし、及び同じ利点を提供するものである。

図６(a)ないし図６(b)は、本発明の一実施形態による相互接続部510の様々な外観を概略的に示している。図６(a)は、導電性材料のストリップから構成することが可能な相互接続部510の平面図を示している。一実施形態では、相互接続部510は、張力緩和のための湾曲した部分512を含む。図６(b)は、該湾曲した部分512を示す相互接続部510の側面図を示している。図６(c)は、相互接続部510の斜視図を示している。

図７は、本発明の一実施形態による太陽電池モジュール150Aの断面を概略的に示している。太陽電池モジュール150Aは、図１に示す太陽電池モジュール150の特定の実施形態である。図７の例では、太陽電池モジュール150Aは、透明カバー701、カプセル材料702（すなわち702-1,702-2）、太陽電池100、相互接続部シールド220、バックシート703、及び１つ又は２つ以上の相互接続部710を含む。相互接続部710は、単一の相互接続部210または複数の相互接続部510とすることが可能である。相互接続部シールド220は、既に説明した通りのものである。

一実施形態では、太陽電池モジュール150Aは、住居又は商業ビルの屋上といった据え置き式用途で典型的に使用されるという点で、いわゆる「地上太陽電池モジュール」である。このため、太陽電池モジュール150Aは、太陽に面する透明カバー701と共に設置される。一実施形態では、透明カバー701はガラスからなる。太陽電池100の正面側721は、透明カバー701を介して太陽に向かって面する。カプセル材料702が、架橋し、太陽電池100、カバー701、及びバックシート703を接着して、保護パッケージを形成する。一実施形態では、カプセル材料702は、ポリエチルビニルアセテート（ＥＶＡ）からなる。

太陽電池100の裏側722はバックシート703に面し、該バックシート703がカプセル材料702-2に取り付けられる。一実施形態では、バックシート703は、Madico社製のTedlar/Polyester/EVA（ＴＰＥ）からなる。ＴＰＥでは、Tedlarが、環境からの保護を行う最も外側の層であり、ポリエステルが更に電気的な絶縁を提供し、ＥＶＡは、カプセル材料702-2に対する接着を促進させる非架橋の薄層である。バックシート703として使用するためのＴＰＥの代替物には、Tedlar/Polyester/Tedlar（ＴＰＴ）が含まれる。

図７に示すように、太陽電池モジュール150Aは、太陽電池100のための複数の保護層を提供し、この場合には、カバー701が正面層、カプセル材料702-1が正面側721とカバー701との間の層であり、カプセル材料702-2が裏側722とバックシート703との間の層であり、該バックシート703が裏側の層となる。カバー701及びカプセル材料702-1は、正面の保護及び絶縁層を形成し、一方、カプセル材料702-2及びバックシート703は、裏側の保護及び絶縁層を形成する。これら保護層は、太陽電池の比較的高い電圧（例えば、接地に対して600〜1000V）から接地への低抵抗経路を形成することなく、太陽電池モジュール150Aを長年（例えば25年以上）にわたり環境に曝すことを有利にも可能とする。

図８を参照すると、本発明の一実施形態による太陽電池モジュール150Bの断面が概略的に示されている。太陽電池モジュール150Bは、相互接続部シールド220ではなく相互接続部シールド220Aを使用することを除き、太陽電池モジュール150Aと同じものである。該相互接続部シールド220Aは、相互接続部シールド220の特定の実施形態である。図８の例では、相互接続部シールド220Aは、それ自体が裏側722上を押圧すると共に太陽電池100間の空隙を充填することを可能にする三次元形状を有している。これは、有利にも相互接続部シールド220Aを、太陽電池の位置合わせ及び間隔調整のための太陽電池間スペーサとして、より一層有効なものとする。

本発明の特定の実施形態を提供したが、これら実施形態は例示を目的としたものであって制限を加えるものではない、ということが理解されよう。本開示を参照した当業者には多くの更なる実施形態が自明となろう。

本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続アセンブリを使用して相互接続された太陽電池の裏側を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続アセンブリを使用して相互接続された太陽電池の正面側を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続部を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続部上の相互接続部シールドを概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続部、相互接続部シールド、及び太陽電池の拡大図を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続アセンブリを使用して相互接続された太陽電池の裏側を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続アセンブリを使用して相互接続された太陽電池の正面側を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続部を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続部を概略的に示している。 本発明の一実施形態による相互接続部を概略的に示している。 本発明の一実施形態による太陽電池モジュールの断面を概略的に示している。 本発明のもう１つの一実施形態による太陽電池モジュールの断面を概略的に示している。

Claims (22)

1. 太陽電池モジュールであって、
   第１の裏側接点式太陽電池と、
   第２の裏側接点式太陽電池と、
   前記第１の裏側接点式太陽電池の裏側を前記第２の裏側接点式太陽電池の裏側に電気的に接続する相互接続部と、
   前記相互接続部と前記第１及び第２の裏側接点式太陽電池との間に配置されたシールドと
   を含み、
   前記シールドは、前記第１の裏側接点式太陽電池と前記第２の裏側接点式太陽電池との間の隙間を充填し、
   前記シールドが、前記第１の裏側接点式太陽電池及び前記第２の裏側接点式太陽電池の裏側を押圧すると共に前記第１の裏側接点式太陽電池及び前記第２の裏側接点式太陽電池間の空隙を充填する三次元体からなる、太陽電池モジュール。
2. 前記シールドがテープからなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記シールドが前記相互接続部と一体の被覆からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記相互接続部が、前記第１の裏側接点式太陽電池の裏側にある第１の接点を前記第２の裏側接点式太陽電池の裏側にある第１の接点に電気的に接続する相互接続材料の第１のストリップを含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記相互接続部が、複数の張力緩和機構を有する単一の連続的な相互接続部からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記相互接続部が、その本体から延びて前記第１の裏側接点式太陽電池の裏側にある接点を前記第２の裏側接点式太陽電池の裏側にある対応する接点に電気的に接続する複数のタブを含む、請求項５に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記第１の裏側接点式太陽電池及び前記第２の裏側接点式太陽電池の正面側に配置された第１の保護層を更に含み、前記第１の保護層が、前記第１の裏側接点式太陽電池及び第２の裏側接点式太陽電池の前記正面側に太陽エネルギーが到達することを可能にするよう構成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記第１の保護層上の第２の保護層を更に含み、前記第２の保護層が、環境要素からの保護を行うよう構成されると共に、前記第１の裏側接点式太陽電池及び前記第２の裏側接点式太陽電池に太陽エネルギーが到達することを可能にする、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記相互接続部上に配置された第３の保護層を更に含む、請求項８に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記第１の保護層及び前記第３の保護層がポリエチルビニルアセテート（ＥＶＡ）からなり、前記第２の保護層がガラスからなる、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記第３の保護層のうち前記相互接続部から離れる側にバックシートを更に含む、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記シールドは、前記相互接続部を視覚的に遮る材料からなる、請求項１から請求項１１のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
13. 太陽電池モジュールであって、
    第１の太陽電池と、
    第２の太陽電池と、
    前記第１の太陽電池の裏側を前記第２の太陽電池の裏側に電気的に接続する相互接続アセンブリであって、相互接続部及び相互接続部シールドを含む相互接続アセンブリと
    を含み、
    前記相互接続部シールドは、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池との間の隙間を充填し、
    前記相互接続部シールドは、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池の裏側を押圧すると共に前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池間の空隙を充填する三次元体からなる太陽電池モジュール。
14. 前記相互接続部が、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池の裏側にある接点に接触させるための複数のタブを有する単一の連続的な導電性材料片からなる、請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
15. 前記相互接続部が、前記相互接続部に張力の緩和を提供するための複数のスリットを更に含む、請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
16. 前記第１及び第２の太陽電池の正面側上の第１のカプセル材料と、
    前記第１及び第２の太陽電池の裏側上の第２のカプセル材料と、
    前記第１のカプセル材料上に透明カバーと、
    前記第２のカプセル材料上にバックシートと
    を更に含む、請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
17. 前記相互接続部シールドが、前記第１の太陽電池と前記第２の太陽電池との間の空隙を充填して、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池間の間隔を調整する、請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
18. 前記相互接続部シールドは、前記第１の太陽電池及び前記第２の太陽電池の正面側から見た場合に前記相互接続部が見えないよう遮るように構成されている請求項１３から請求項１７のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
19. 太陽電池モジュールであって、
    第１の裏側接点式太陽電池の裏側を第２の裏側接点式太陽電池の裏側に電気的に接続するための相互接続手段と、
    前記相互接続手段と前記第１の裏側接点式太陽電池及び前記第２の裏側接点式太陽電池との間に配置されたシールド手段と
    を含み、
    前記シールド手段は、前記第１の裏側接点式太陽電池と前記第２の裏側接点式太陽電池との間の隙間を充填し、
    前記シールド手段は、前記第１の裏側接点式太陽電池及び前記第２の裏側接点式太陽電池の裏側を押圧すると共に前記第１の裏側接点式太陽電池及び前記第２の裏側接点式太陽電池間の空隙を充填する三次元体からなる、太陽電池モジュール。
20. 前記シールド手段が、電気的に絶縁性の両面テープからなる、請求項１９に記載の太陽電池モジュール。
21. 前記相互接続手段が、前記第１及び第２の裏側接点式太陽電池の裏側にある接点に接触させるための複数のタブを有する単一の連続的な相互接続部からなる、請求項１９に記載の太陽電池モジュール。
22. 前記第１の裏側接点式太陽電池と前記第２の裏側接点式太陽電池と間の空隙を介して前記相互接続手段を見ることができないように前記相互接続手段を覆う請求項１９から請求項２１のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。

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