JP5430326B2

JP5430326B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP5430326B2
Application number: JP2009224267A
Authority: JP
Inventors: 満雄山下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP2011077103A

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものである。

従来の太陽電池モジュールは、図５に示すように単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板からなる複数の太陽電池素子２０を直列に接続してなる太陽電池素子列（太陽電池ストリング２１）を透光性基板２２と裏面シート２３とで挟み込み、充填材２４で太陽電池素子列を封止して構成される。

このような太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池素子２０同士が直に接触しないように、間隙部を設けて接続導体等で接続されている。この間隙部には太陽電池素子２０が配置されていないため、発電に寄与しない領域（非発電領域）となる。そのため、このような太陽電池モジュールでは、上記間隙部を設けることにより、太陽電池モジュールの受光面積に対する発電に寄与する面積（発電領域）が小さくなる。

そこで、非発電領域を小さくすべく、隣接する太陽電池素子同士の一部が重なるように配置し、一方の太陽電池素子の表面電極と他方の太陽電池素子の裏面電極とを半田のみで接続しているものがある（特許文献１参照）。

特開昭５９−００３９８０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたものは、太陽電池モジュールを温度変化の大きい環境下で使用した場合、該温度変化に応じて太陽電池素子や充填材が膨張・収縮し、半田にせん断応力が集中し、半田にクラックが生じたり、半田が接合されている電極部分に剥がれが生じる場合があった。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、太陽電池モジュールの受光面積に対する発電領域を大きくして発電効率を高めつつ、信頼性を向上させた太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールは、第１面と該第１面の裏面に相当する第２面とを有する基板と、前記第２面に形成された裏面電極と、を有する第１太陽電池素子及び第２太陽電池素子と、互いに異なる極性を有する前記第１太陽電池素子の裏面電極と前記第２太陽電池素子の裏面電極とを電気的に接続する接続導体と、を備えた太陽電池モジュールであっ
て、前記第１太陽電池素子は、該第１太陽電池素子の第２面の一部が前記第２太陽電池素子の第１面の一部と絶縁部を介して重なるように配置されていることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、隣接する第１及び第２太陽電池素子の裏面電極同士を電気的に接続する構造において、上述のような絶縁部を設けているため、第１太陽電池素子の第２面に配される裏面電極と第２太陽電池素子の第１面との接触によって生じるリーク電流の発生を抑制することができる。さらに、本発明では、太陽電池素子の一部が互いに重なるように配置して隣接する太陽電池素子間の間隙を無くすことにより、太陽電池モジュールの受光面積における発電領域を大きくして発電効率を高めることができる。

本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を示すものであり、（ａ）は断面を模式的に表した模式図、（ｂ）は本実施形態の太陽電池素子の接続構造を説明するための部分斜視図である。本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の断面を模式的に表した模式図である。本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の断面を模式的に表した模式図である。本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の断面を模式的に表した模式図である。従来の太陽電池モジュールを説明するための説明図である。

本発明の太陽電池モジュールの実施形態について図面を参照しつつ説明する。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、第１太陽電池素子１及び第２太陽電池素子２を含む複数の太陽電池素子と、隣接する太陽電池同士、例えば、第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子２とを電気的に接続する接続導体３と、透光性基板４と、裏面シート５と、充填材６と、を有する。

太陽電池素子（第１太陽電池素子１及び第２太陽電池素子２）は、主として受光面となる第１面（第１太陽電池素子１の第１面１ａ、第２太陽電池素子２の第１面２ａ）と、該第１面の裏面に相当する第２面（第１太陽電池素子１の第２面１ｂ、第２太陽電池素子２の第２面２ｂ）と、を有する。太陽電池素子は、外部より入射される光を電気に変換する機能を有している。そのため、太陽電池素子は、内部に少なくとも１つの半導体によるＰＮ接合を有している。このような太陽電池素子としては、光電変換機能を有するものであればよく、例えば、多結晶または単結晶のシリコン基板、アモルファスシリコン薄膜、ＣＩＧＳ等の化合物系の薄膜を選択できる。

また、太陽電池素子には第２面に裏面電極が形成されている。すなわち、第１太陽電池素子１では、第２面１ｂに裏面電極７が形成されており、第２太陽電池素子２では、第２面２ｂに裏面電極７’が形成されている。

裏面電極は、太陽電池素子で発生したキャリアを収集する機能を有する。なお、本実施形態では、各太陽電池素子の第２面（裏面）に正極及び負極の両方の裏面電極が設けられているが、太陽電池素子の第１面に表面電極を設けて、該第１面側で収集したキャリアを
第２面の裏面電極に導くような構造をとってもよい。このような裏面電極４の材質としては、例えば、銅、銀、アルミニウム等といった導電性を有する物質が好適に用いられる。そして、これらを太陽電池素子の所望の位置に蒸着またはスクリーン印刷等で塗布して焼成することにより、裏面電極４を形成できる。

接続導体３は、隣接する太陽電池素子の裏面電極同士を電気的に接続する機能を有している。本実施形態では、第１太陽電池素子１の裏面電極７と第２太陽電池素子２の裏面電極７’とを接続している。より詳細には、第１太陽電池素子１の裏面電極７の正極と第２太陽電池素子２の裏面電極７’の負極とを接続している。なお、接続導体３は、異なる極性を有する裏面電極同士を接続するようにすればよく、第１太陽電池素子１の裏面電極７の負極と第２太陽電池素子２の裏面電極７’の正極とを接続してもよい。接続導体３は、裏面電極と半田を介して電気的に接続される。接続導体３は、例えば、幅１〜３ｍｍ程度、厚み０．１〜０．８ｍｍ程度の長尺状の銅箔に半田がディップ等で被覆されている。そのため、接続導体３は、接合する裏面電極上に配置した後、熱をかけることで接合することができる。

透光性基板４は、太陽電池モジュールの受光面側に配置されており、太陽電池素子を保護する役割を有する。このような透光性基板２としては、例えば、白板ガラス、強化ガラス、合わせガラス、熱線反射ガラス等のガラス、またはポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等の合成樹脂が挙げられ、太陽電池素子が光電変換可能な波長の光を透過することができる部材であれば特に限定されない。また、透光性基板２の厚みとしては、例えば、ガラスであれば厚さが３ｍｍ〜５ｍｍ程度、合成樹脂であれば、厚さが５ｍｍ〜８ｍｍ程度であるのが好ましい。

裏面シート５は、充填材６や太陽電池素子を保護する役割を有するものである。裏面シート７には、例えば、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、或いはこれらを積層したものを用いることができる。

充填材６は、太陽電池素子を封止する役割を有するものである。このような充填材６としては、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を主成分とし、押出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。そして、そのシート状に成形したものを所望の大きさに切断し、太陽電池素子を第１面側及び第２面側から挟み込んで封止する。

充填材６には架橋剤が含有されている。この架橋剤はＥＶＡなどの分子間を結合させる役割を有するものであり、例えば、７０〜１８０℃の温度で分解してラジカルを発生する有機過酸化物である。有機過酸化物としては、例えば２、５−ジメチル−２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンやｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシピバレートなどが挙げられ、ＥＶＡ１００質量部に対し１質量部程度の割合で含有させることが好ましい。

なお、充填材６は、上述のＥＶＡやＰＶＢ以外に、熱硬化性樹脂もしくは、熱可塑性樹脂に架橋剤を含有して熱硬化の特性を持たせた樹脂であれば好適に利用可能であり、例えばアクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂やＥＥＡ（エチレン−アクリル酸エチル共重合体）等も利用可能である。

そして、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、第１太陽電池素子１は、該第１太陽電池素子１の第２面１ｂの一部が第２太陽電池素子２の第１面２ａの一部と絶縁部８を介して重なるように配置されている。すなわち、本実施形態では、第１及び第２太陽電池素子が瓦重ねされるように配置されている。本実施形態では、太陽電池モジュールを平面視したときに、同列の第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子２とを隙間なく配置できるため、太陽電池モジュールの受光面積あたりの発電面積を高めることができ、発電電力量も多く得ることができる。また、第１及び第２太陽電池素子を平面視したときに重なる領域の大きさとしては、素子端部から０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度が第１太陽電池素子１による第２太陽電池素子２の影損失を低減するという観点から好適である。

また、本実施形態における絶縁部８は、第１太陽電池素子１の裏面電極７と第２太陽電池素子２の第１面２ａとの接触を抑制し、該接触によって生じるリーク電流の発生を防止する役割を有している。すなわち、絶縁部８は、上記接触を抑制するように配置されていればよく、太陽電池素子（太陽電池モジュール）を平面視して、第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子とが重なる部分の全面に配してもよいし、図２に示すように、重なる部分の一部に設けるような構成としてもよい。絶縁部８を第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子とが重なり部分の全面に設ける形態であれば、より効率良くリーク電流の発生を低減できる。また、絶縁部８を第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子とが重なり部分よりも大きくなるように配置してもよい。一方で、絶縁部８を第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子とが重なり部分の一部に設ける形態は、部品点数を少なくできるという観点から好適である。

このような絶縁部８としては、例えば、耐熱性・耐候性に優れた樹脂が好ましい。また、充填材６にＥＶＡを用いた場合、ＥＶＡのラミネート・架橋温度（１６０〜２００度）に耐える絶縁物であればよく、セラミック系やエポキシ系等の接着剤やアクリルやポリカーボネイト等の樹脂成形品であってもよい。また、上記樹脂として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフッ化ビニル、ポリイミド及びポリテトラフルオロエチレンを選択すれば、耐水性を高めることができるため、絶縁耐圧性能の劣化を低減するという観点から好適である。また、絶縁部８の形状は、特に限定されるものではないが、製造が簡易になるという観点から、テープ状が好ましい。また、このようなテープ状の場合、絶縁部８の厚みは、太陽電池素子同士の絶縁を実現しつつ、製造工程が簡易になるという観点から、１００μｍ〜５００μｍ程度が好ましい。

絶縁部８は、第１及び第２太陽電池素子を互いに固定するような接着作用を有していてもよい。このように、太陽電池素子を固定するような接着作用を有する絶縁部８を用いれば、太陽電池素子の位置ずれを低減できるという観点から好適である。なお、接着作用を有する絶縁部８は、上述したようなセラミック系やエポキシ系等の接着剤である。このような接着剤は、半田に比べると柔らかい物質であるため、温度変化による太陽電池素子の膨張または収縮によって生じるせん断応力の集中を緩和することができる。

一方で、接着作用がない絶縁部８を用いれば、太陽電池素子が熱によって膨張または収縮した場合であっても、上記膨張や収縮によって生じるせん断応力が絶縁部８に作用するのを低減できるため、絶縁部８のクラックの発生を抑制できる。なお、このような接着作用がない絶縁部８は、上述したようなポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフッ化ビニル、ポリイミド及びポリテトラフルオロエチレン、アクリル、ポリカーボネイト等が挙げられる。

また、絶縁部８は、図３に示すように、絶縁性を有する充填材６を用いることで代用することも可能である。すなわち、このような形態では、第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子との重なり部分に絶縁性を有する充填材６を配置している。このような充填材６としては、例えば、上述したようなＥＶＡやＰＶＢが好適である。このように、絶縁性を有する充填材６を用いれば、充填材６が太陽電池素子の封止だけでなく、絶縁部としても機能するので、部品点数を少なくすることができる。加えて、第１太陽電池素子１と第２太陽電池素子との重なり部分の屈折率と、他の充填材６が配されている部分との屈折率を同じにすることができるため、入射光の不要な散乱を低減することができる。

また、図３に示した形態では、絶縁性を有する充填材６で絶縁部８を代用しているが、絶縁部８を充填材６と他の絶縁部とで構成するようなものであってもよい。このような形態としては、絶縁部８を互いに間隔を空けて配置するような複数のスペーサと、隣り合うスペーサの間に絶縁性を有する充填材６とを配するようなものである。このような形態によれば、太陽電池モジュールの製造時に、予めスペーサで太陽電池素子同士の接触を防ぐことができるため、基板に発生するクラック等を低減できるとともに、充填材が充填されるまでに太陽電池素子同士が接触するのを防止できる。なお、このスペーサは、例えば、上述した絶縁部８と同じ材質のものを利用すればよい。

また、上述したような絶縁物質を配する形態ではなく、図４に示すように、絶縁部８を空隙部８’としてもよい。このような空隙部８’で絶縁部８を構成すれば、リーク電流の発生を低減できるとともに、太陽電池素子が熱によって膨張または収縮した場合であっても、上記膨張や収縮によって生じるせん断応力の影響を受けないため、長期的な信頼性を向上させることができる。

次に、図１に示した本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明する。

まず、第２太陽電池素子２の裏面電極７’に接続導体３の一端を半田等で接続する。次に、第１太陽電池素子１の第２面１ｂが上になるように載置し、第２太陽電池素子２と重なる部分となる第１太陽電池素子１の第２面１ｂに絶縁部８を配置する。次いで、絶縁部８の上に第２太陽電池素子２の重ねる部分を載せて、第２太陽電池素子２から延びている接続導体３と第１太陽電池素子１の裏面電極７とを半田等で接続する。この工程を繰り返すことにより、複数の太陽電池素子を接続導体で電気的に接続し、太陽電池ストリングを形成する。

次いで、透光性基板４上に充填材６を積層し、前述した太陽電池ストリングの受光面を透光性基板４側に向けて積層する。その上に、さらに充填材６をもう一枚積層し、太陽電池ストリングを一対の充填材６で挟み込んだ後、裏面シート５を積層する。最後に、これをラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、透光性基板側の充填材６と裏面シート５側の充填材６が軟化、融着して太陽電池ストリングを封止しつつ、全ての部材が一体化することで太陽電池モジュールを作製できる。

１：第１太陽電池素子
１ａ：第１太陽電池素子の第１面
１ｂ：第１太陽電池素子の第２面
２：第２太陽電池素子
２ａ：第２太陽電池素子の第１面
２ｂ：第２太陽電池素子の第２面
３：接続導体
４：透光性基板
５：裏面シート
６：充填材
７、７’：裏面電極
８：絶縁部
８’：空隙部

Claims

第１面と該第１面の裏面に相当する第２面とを有する基板と、前記第２面に形成された裏面電極と、を有する第１太陽電池素子及び第２太陽電池素子と、
互いに異なる極性を有する前記第１太陽電池素子の裏面電極と前記第２太陽電池素子の裏面電極とを電気的に接続する接続導体と、を備えた太陽電池モジュールであって、
前記第１太陽電池素子は、該第１太陽電池素子の第２面の一部が前記第２太陽電池素子の第１面の一部と絶縁部を介して重なるように配置されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記絶縁部は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフッ化ビニル、ポリイミド及びポリテトラフルオロエチレンのうち少なくとも１つを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第１太陽電池素子及び前記第２太陽電池素子を封止する充填材をさらに備え、
前記充填材は、絶縁性を有するとともに、
前記絶縁部は、前記充填材を含んでなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池モジュール。
前記絶縁部は、互いに離間して配置された複数のスペーサと前記充填材とを含んでなり、隣り合う前記スペーサ間に前記充填材が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
前記絶縁部は、空隙であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。