JP5479228B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

近年、環境負荷が小さいエネルギー源として、太陽電池モジュールが大いに注目されている。

一般的に、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を備えている。複数の太陽電池は、配線材によって電気的に直列または並列に接続されている。

従来、太陽電池と配線材との接着には、半田が広く用いられていた。しかしながら、半田を用いて太陽電池と配線材とを接着するためには、半田を融解させる必要がある。このため、接着工程において、太陽電池が高温になる。その結果、太陽電池が損傷したり、変形したりする虞がある。

これに鑑み、近年、太陽電池と配線材との接着に、導電性樹脂接着剤を用いることが検討されている（例えば、特許文献１を参照）。

太陽電池と配線材とを、導電性樹脂接着剤などの樹脂接着剤を用いて接着する場合は、半田により接着する場合とは異なり、接着時の温度を低くすることができる。このため、配線材の接着工程における太陽電池の損傷や変形等を抑制することができる。

特開２００９−２９５９４０号公報

ところで、近年、太陽電池モジュールに求められる、温度変化に対する耐久性の基準が益々高くなってきている。

本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂接着剤を用いて太陽電池と配線材とが接着されている太陽電池モジュールにおいて、温度変化に対する耐久性のさらなる向上を図ることにある。

本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、細長形状の配線材と、樹脂接着剤とを備えている。複数の太陽電池は、光電変換部及び電極を有する。電極は、光電変換部の表面上に形成されている。配線材は、複数の太陽電池を電気的に接続している。樹脂接着剤は、太陽電池と配線材とを接着している。電極は、フィンガー電極と、延設電極とを有する。フィンガー電極は、配線材の延びる方向に対して垂直な方向に延びている。延設電極の少なくとも一部は、光電変換部と配線材との間に位置している。延設電極は、フィンガー電極から、フィンガー電極の延びる方向に対して傾斜した方向に延びている。延設電極の厚みは、フィンガー電極の厚みよりも大きい。

なお、本発明において、「傾斜」には、「垂直」が含まれるものとする。

本発明において、延設電極は、配線材の延びる方向と平行に形成されていることが好ましい。

本発明において、延設電極の厚みは、フィンガー電極の厚みの１．１倍以上であることが好ましい。

本発明において、電極は、延設電極において配線材と電気的に接続されていることが好ましい。

本発明において、フィンガー電極と配線材との間には、少なくとも部分的に樹脂接着剤が設けられていることが好ましい。

本発明において、電極は、フィンガー電極を複数有すると共に、複数のフィンガー電極に電気的に接続されており、少なくとも一部が光電変換部と配線材との間に位置しているバスバーをさらに有していてもよい。その場合には、延設電極の厚みは、バスバーの厚みよりも大きいことが好ましい。

本発明によれば、樹脂接着剤を用いて太陽電池と配線材とが接着されている太陽電池モジュールにおいて、温度変化に対する耐久性のさらなる向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。 太陽電池の受光面側から観た略図的平面図である。 図２のＩＩＩ部分を拡大した略図的平面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶ部分における略図的断面図である。 図３の線Ｖ−Ｖ部分における略図的断面図である。 図３の線ＶＩ−ＶＩ部分における略図的断面図である。 延設電極が設けられていない比較例に係る太陽電池モジュールの一部分を拡大した模式的断面図である。 延設電極が設けられていない比較例に係る太陽電池モジュールの一部分を拡大した模式的平面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶ部分における模式的断面図である。 第１の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。 第２の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。 第３の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。 第４の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す太陽電池モジュール１を例に挙げて説明する。但し、太陽電池モジュール１は、単なる例示である。本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール１に何ら限定されない。

なお、実施形態や変形例などにおいて参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（太陽電池モジュール１の概略構成）
図１は、本発明を実施した一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。まず、図１を参照しながら、太陽電池モジュール１の概略構成について説明する。

図１に示すように、太陽電池モジュール１は、配列方向ｘに沿って配列された複数の太陽電池１０を備えている。複数の太陽電池１０は、配線材１１によって電気的に接続されている。具体的には、隣接する太陽電池１０間が配線材１１によって電気的に接続されることによって、複数の太陽電池１０が直列または並列に電気的に接続されている。

複数の太陽電池１０の受光面側及び裏面側には、第１及び第２の保護部材１４，１５が配置されている。第１の保護部材１４と第２の保護部材１５との間には、封止材１３が設けられている。複数の太陽電池１０は、この封止材１３により封止されている。

なお、封止材１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５の材料は、特に限定されない。封止材１３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）等の透光性を有する樹脂により形成することができる。

第１及び第２の保護部材１４，１５は、例えば、ガラス、樹脂などにより形成することができる。また、例えば、第１及び第２の保護部材１４，１５のうちの一方を、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成してもよい。本実施形態では、第１の保護部材１４は、太陽電池１０の裏面側に配置されており、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成されている。第２の保護部材１５は、太陽電池１０の受光面側に配置されており、ガラスまたは透光性樹脂からなる。

なお、第１の保護部材１４の表面上に、端子ボックスが設けられていてもよい。

（太陽電池１０の構造）
図２は、太陽電池の受光面側から視た略図的平面図である。図３は、図２のＩＩＩ部分を拡大した略図的平面図である。図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶ部分における略図的断面図である。図５は、図３の線Ｖ−Ｖ部分における略図的断面図である。図６は、図３の線ＶＩ−ＶＩ部分における略図的断面図である。次に、図２〜図６を参照しながら、太陽電池１０の構造について説明する。

なお、ここで説明する太陽電池１０は、単なる一例である。本発明において、太陽電池の種類や構造は何ら限定されない。

また、本実施形態においては、太陽電池１０の一方の主面が受光面であり、他方の主面が裏面であるが、本発明において、太陽電池の両主面が受光面であってもよい。その場合は、上記第１及び第２の保護部材１４，１５のそれぞれが透光性を有することが好ましい。

（光電変換部２０）
図２に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、受光することによってキャリア（電子及び正孔）を生成するものである。

光電変換部２０は、ＨＩＴ（登録商標）接合、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合等の半導体接合を有する半導体材料から構成されている。半導体材料としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶性シリコン半導体、非晶質シリコン半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体などが挙げられる。

（電極２１の概要）
本実施形態では、少なくとも光電変換部２０の受光面２０ａの上に電極２１が形成されている。具体的には、図示は省略するが、光電変換部２０の受光面２０ａ上に、電極２１が形成されていると共に、光電変換部２０の裏面にも、電極２１が形成されている。

図２に示すように、電極２１は、複数のフィンガー電極２２と、複数のバスバー２３と、複数の延設電極２４とを備えている。本実施形態では、複数のフィンガー電極２２と複数のバスバー２３と複数の延設電極２４とは一体的に形成されている。なお、電極２１の詳細な構成については、配線材１１による太陽電池１０の電気的接続態様を説明した後に詳細に説明する。

（配線材１１による太陽電池１０の電気的接続）
図１に示すように、隣接して配置されている太陽電池１０は、配線材１１により電気的に接続されている。具体的には、配線材１１は、細長形状を有する。より具体的には、本実施形態では、配線材１１は、直線状に形成されている。配線材１１は、配列方向ｘに沿って延びるように設けられている。この配線材１１の一方側の部分が、太陽電池１０の受光面２０ａ側の電極２１に電気的に接続されると共に、配線材１１の他方側の部分が、当該太陽電池１０に隣接している太陽電池１０の裏面側の電極２１に電気的に接続されることにより、隣接する太陽電池１０が配線材１１により電気的に接続されている。

配線材１１は、導電性を有するものである限りにおいて特に限定されない。配線材１１は、例えば、配線材本体と、配線材本体を覆う被覆層とにより構成することができる。配線材本体は、例えば、Ｃｕにより形成することができる。被覆層は、例えば、Ａｇなどの金属や、半田などの合金により形成することができる。

図１及び図４に示すように、配線材１１と太陽電池１０とは、樹脂接着剤１２により接着されている。本実施形態では、具体的には、太陽電池１０の電極２１と配線材１１とが直接接触した状態で、太陽電池１０と配線材１１とが樹脂接着剤１２により接着されている。このように、本実施形態では、電極２１と配線材１１とを直接接触させることにより電極２１と配線材１１とを電気的に接続している。また、樹脂接着剤１２によって、配線材１１が太陽電池１０に機械的に接続されている。このため、樹脂接着剤１２は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、これらの樹脂の混合体や共重合体などの、絶縁性を有する樹脂により形成されている。

但し、本発明において、樹脂接着剤が絶縁性を有している必要は必ずしもない。樹脂接着剤は、例えば、絶縁性樹脂中に導電性粒子が分散した異方性導電性樹脂接着剤であってもよい。その場合は、電極と配線材とが直接接触している必要は必ずしもない。電極と配線材とは導電性粒子を介して電気的に接続していてもよい。

なお、樹脂接着剤が異方性導電性樹脂接着剤である場合は、絶縁性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、これらの樹脂の混合体や共重合体などを用いることができる。導電性粒子は、例えば、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、スズ、金などの金属や、これらの金属のうちの一種以上を含む合金からなる粒子、もしくは、金属コーティングまたは合金コーティングなどの導電性コーティングが施された絶縁性粒子により構成することができる。

（電極２１の詳細）
図２に示すように、複数のフィンガー電極２２のそれぞれは、配列方向ｘに垂直な方向ｙに相互に平行に延びている。複数のフィンガー電極２２は、配列方向ｘに沿って相互に平行に配列されている。なお、本発明において、「垂直」には、実質的に垂直であることが含まれるものとする。具体的には、本発明において、９０°±５°の範囲内である場合は、「垂直」に含まれるものとする。

バスバー２３は、配列方向ｘに沿って千鳥状に形成されている。このバスバー２３によって複数のフィンガー電極２２が電気的に接続されている。本実施形態においては、バスバー２３の少なくとも一部が光電変換部２０と配線材１１との間に位置している。

なお、本実施形態では、バスバーが千鳥状に形成されている場合について説明するが、本発明は、この構成に限定されない。本発明においては、例えば、バスバーが直線状に形成されていてもよい。また、本発明においては、例えば、バスバーが形成されていなくてもよい。すなわち、本発明においては、電極は、少なくとも１本のフィンガー電極と延設電極とを有するものである限りにおいて特に限定されない。

本実施形態では、延設電極２４は、複数のフィンガー電極２２のそれぞれに対して複数設けられている。延設電極２４は、フィンガー電極２２に電気的に接続されている。図２及び図３に示すように、延設電極２４は、フィンガー電極２２から、フィンガー電極２２の延びる方向ｙに対して傾斜した方向に延びている。具体的には、本実施形態では、延設電極２４は、フィンガー電極２２から、フィンガー電極２２の延びる方向ｙに対して垂直な方向であって、配線材１１の延びる方向である方向ｘと平行に形成されている。

図２に示すように、延設電極２４の少なくとも一部は、光電変換部２０と配線材１１との間に位置している。具体的には、本実施形態では、延設電極２４の全体が、光電変換部２０と配線材１１との間に位置している。このため、本実施形態では、光電変換部２０と配線材１１との間には、延設電極２４と、フィンガー電極２２及びバスバー２３の一部が位置している。

そして、本実施形態では、図４〜図６に示すように、延設電極２４の厚みは、フィンガー電極２２の厚みよりも大きい。

また、本実施形態では、延設電極２４の厚みは、バスバー２３の厚みよりも大きい。本実施形態では、バスバー２３の厚みと、フィンガー電極２２の厚みとは略等しい。

このため、本実施形態では、電極２１のうち、延設電極２４が配線材１１と直接接触している。これにより、電極２１は、延設電極２４において配線材１１と電気的に接続されている。フィンガー電極２２及びバスバー２３と配線材１１との間の少なくとも一部には、樹脂接着剤１２が設けられている。すなわち、フィンガー電極２２及びバスバー２３と配線材１１とは、少なくとも部分的に樹脂接着剤１２により接着されている。

（太陽電池モジュール１の製造方法）
次に、太陽電池モジュール１の製造方法について詳細に説明する。

まず、光電変換部２０を用意する。なお、光電変換部２０は、公知の方法により作成することができる。

次に、光電変換部２０の受光面２０ａ及び裏面のそれぞれの上に、電極２１を形成することにより、太陽電池１０を完成させる。電極２１の形成方法は特に限定されない。電極２１は、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷することにより形成することができる。

次に、上記のように作製した複数の太陽電池１０を、配線材１１を用いて電気的に接続する。具体的には、太陽電池１０の上に樹脂接着剤１２を介在させて配線材１１を配置し、配線材１１を太陽電池１０側に相対的にプレスすることにより配線材１１と太陽電池１０とを接着させる。この太陽電池１０と配線材１１との接着を繰り返し行うことにより、複数の太陽電池１０を電気的に接続する。

次に、図１に示す封止材１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５を準備する。例えば、第２の保護部材１５の上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置する。樹脂シートの上に、配線材１１により電気的に接続された複数の太陽電池１０を配置する。その上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置し、さらにその上に、第１の保護部材１４を載置する。これらを、減圧雰囲気中において、加熱圧着することにより仮圧着した後に、再度加熱することにより、樹脂シートを硬化させることにより封止材１３を形成する。以上の工程により、太陽電池モジュール１を製造することができる。

なお、必要に応じて、端子ボックスや金属フレームなどの取り付けを行ってもよい。

ところで、太陽電池１０の光電変換部２０と配線材１１とでは、熱膨張率が異なる。このため、太陽電池モジュール１に温度変化が生じると、配線材１１が光電変換部２０に対して相対的に伸縮することとなる。通常は、配線材１１の方が光電変換部２０よりも熱膨張率が大きい。よって、太陽電池モジュール１の温度が上昇すると、配線材１１が光電変換部２０に対して相対的に伸長する一方、太陽電池モジュール１の温度が低下すると、配線材１１が光電変換部２０に対して相対的に収縮する。従って、太陽電池モジュール１に温度変化が生じると、配線材１１と光電変換部２０との間に応力が発生する。

ここで、例えば、延設電極が設けられていない場合は、図７に示すように、配線材１１１が光電変換部１２０に対して伸縮すると、配列方向ｘに垂直な方向ｙに沿って延びており、方向ｙに沿った寸法が小さいフィンガー電極１２２は、配線材１１１の伸縮に伴ってフィンガー電極１２２が配列方向ｘに沿って大きく変形する。このため、フィンガー電極１２２のうち、図８に示す領域Ａに位置する部分に大きな応力が加わる。従って、フィンガー電極１２２が破断しやすい。よって、フィンガー電極１２２が破断しないように、フィンガー電極１２２を幅太に形成する必要がある。しかしながら、フィンガー電極１２２を太く形成すると、光電変換部１２０に到達する光の量が少なくなるため、太陽電池モジュールの出力が低下してしまう。

それに対して、本実施形態では、フィンガー電極２２よりも厚みが大きな延設電極２４が設けられている。このため、電極２１は、延設電極２４において配線材１１と接触しており、フィンガー電極２２は、配線材１１と少なくとも部分的には直接接触していない。よって、配線材１１が光電変換部２０に対して伸縮した場合であっても、フィンガー電極２２には直接応力が加わり難い。従って、フィンガー電極２２を細く形成した場合であってもフィンガー電極２２は破断しにくい。バスバー２３にも同様に直接応力が加わりにくいため、バスバー２３も破断しにくい。

本実施形態の場合は、配線材１１が光電変換部２０に対して伸縮したときに、延設電極２４に応力が負荷されることとなる。しかしながら、延設電極２４は、フィンガー電極２２の伸びる方向ｙに対して傾斜した方向に延びている。すなわち、延設電極２４の延びる方向は、配線材１１の伸縮する配列方向ｘに対して垂直ではない。具体的には、本実施形態では、延設電極２４は、配線材１１の伸縮する配列方向ｘと平行に形成されている。このため、図９に示すように、延設電極２４の、配線材１１の伸縮する配列方向ｘに沿った寸法が大きい。よって、延設電極２４は、配列方向ｘに沿った応力に対する剛性が高い。従って、配線材１１が光電変換部２０に対して伸縮した場合であっても、延設電極２４は、破断しにくい。

このように、本実施形態では延設電極２４が設けられているため、フィンガー電極２２やバスバー２３を細くした場合であっても、太陽電池モジュール１に温度変化が生じたときに電極２１が破断しにくい。従って、太陽電池モジュール１の温度変化に対する耐久性を向上できると共に、太陽電池モジュール１の出力を高めることができる。

なお、この温度変化に対する耐久性の向上効果は、延設電極２４の厚みがフィンガー電極２２の厚みよりも厚い場合全般で得られる効果である。しかしながら、延設電極２４の厚みとフィンガー電極２２との厚みの差が小さすぎると、フィンガー電極２２に直接応力が加わりやすくなる場合がある。従って、延設電極２４の厚みとフィンガー電極２２の厚みの差は、配線材１１の接続前において、０．１μｍ以上であることが好ましい。一方、延設電極２４の厚みが厚すぎると、配線材１１の接続時に、延設電極２４または太陽電池１０に損傷が発生する場合がある。従って、延設電極２４の厚みとフィンガー電極２２の厚みの差は、５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましい。

同様に、延設電極２４の厚みとバスバー２３の厚みの差は、０．１μｍ以上であることが好ましい。また、延設電極２４の厚みとバスバー２３の厚みの差は、５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、これらの厚みの差は、ＳＥＭ測定装置の３Ｄプロファイルから求めることができる。

また、本実施形態では、フィンガー電極２２及びバスバー２３は、延設電極２４よりも薄く形成されているため、フィンガー電極２２及びバスバー２３と配線材１１との間には、少なくとも部分的に樹脂接着剤１２が設けられている。このため、フィンガー電極２２及びバスバー２３と配線材１１とは、樹脂接着剤１２により接着されている。このため、フィンガー電極２２及びバスバー２３が延設電極２４と同じ高さであり、フィンガー電極２２及びバスバー２３の端面と配線材１１とが樹脂接着剤１２により接着されていない場合よりも配線材１１の接着強度を高めることができる。その結果、太陽電池モジュール１の機械的耐久性を高めることができる。

（第１〜第４の変形例）
図１０は、第１の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。図１１は、第２の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。図１２は、第３の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。図１３は、第４の変形例に係る太陽電池モジュールにおける電極の構造を説明するための略図的平面図である。なお、図１０〜図１３においては、説明の便宜上、延設電極が設けられている部分にハッチングを附している。

上記第１の実施形態では、複数のフィンガー電極２２のそれぞれに対して、細長形状の複数の延設電極２４が、配列方向ｘの両側のそれぞれに、配列方向ｘに平行に設けられている例について説明した。但し、本発明はこの構成に限定されない。

例えば、図１０に示すように、少なくとも一部のフィンガー電極２２に、ひとつの延設電極２４が設けられていてもよい。この場合は、延設電極２４を方向ｙに幅広に形成することが好ましい。

また、例えば、図１１に示すように、複数のフィンガー電極２２のそれぞれに対して一つに延設電極２４を設けてもよい。その場合において、一部の延設電極２４は、バスバー２３と直接接触していてもよい。

また、例えば、図１２に示すように、延設電極２４は、配列方向ｘ及び方向ｙのそれぞれに傾斜して設けられていてもよい。図１２に示す例では、延設電極２４は、バスバー２３と平行に設けられている。

また、例えば、図１３に示すように、フィンガー電極２２の配列方向ｘにおける一方側にのみ、延設電極２４を設けてもよい。

１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池
１１…配線材
１２…樹脂接着剤
１３…封止材
１４…第１の保護部材
１５…第２の保護部材
２０…光電変換部
２０ａ…光電変換部の受光面
２１…電極
２２…フィンガー電極
２３…バスバー
２４…延設電極

Claims (7)

1. 光電変換部、及び前記光電変換部の表面上に形成されている電極を有する複数の太陽電池と、
   前記複数の太陽電池を電気的に接続している細長形状の配線材と、
   前記太陽電池と前記配線材とを接着している樹脂接着剤と、
   を備え、
   前記電極は、前記配線材の延びる方向に対して垂直な方向に延びるフィンガー電極と、少なくとも一部が前記光電変換部と前記配線材との間に位置しており、前記フィンガー電極から、前記フィンガー電極の延びる方向に対して傾斜した方向に延びる延設電極とを有し、
   前記延設電極の厚みは、前記フィンガー電極の厚みよりも大きく、前記延設電極は、複数のフィンガー電極に跨がって形成されていない、太陽電池モジュール。
2. 前記延設電極は、前記配線材の延びる方向と平行に形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記延設電極の厚みは、前記フィンガー電極の厚みの１．１倍以上である、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記電極は、前記延設電極において前記配線材と電気的に接続されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記フィンガー電極と前記配線材との間には、少なくとも部分的に前記樹脂接着剤が設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記電極は、前記フィンガー電極を複数有すると共に、前記複数のフィンガー電極に電気的に接続されており、少なくとも一部が前記光電変換部と前記配線材との間に位置しているバスバーをさらに有している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記延設電極の厚みは、前記バスバーの厚みよりも大きい、請求項６に記載の太陽電池モジュール。

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