JP5516441B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、更に詳述すると、太陽電池セルの表面に備えられたバスバー電極にインターコネクタを接続して複数の太陽電池セルを接続した太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽電池モジュールは、インターコネクタ（平角状の銅箔やインバール等の導体）を使用して、太陽電池セルを直列又は並列にはんだ付けして作製される。しかし、太陽電池セルバスバー電極上にインターコネクタをはんだで接続すると、バスバー電極上部が平坦でないために部分接続となり接続抵抗が発生し、フィルファクター（Ｆ．Ｆ．）が低下する。

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、下記のものが挙げられる。

特開２００８−２８８２７８号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールの製造過程で、太陽電池セルとインターコネクタとの接続抵抗を低減してＦ．Ｆ．（フィルファクター）を向上し、太陽電池セルとインターコネクタ間の剥離強度の強い太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、バスバー電極を有する複数の太陽電池セル同士をインターコネクタによって電気的に接続する際、互いに隣接する太陽電池セルのそれぞれ１つのバスバー電極同士を好ましくは厚さと幅の揃った複数のインターコネクタによって接続すること、特にそれぞれのバスバー電極同士を接続する際にバスバー電極上部形状に倣いながら接続することによって、バスバー電極とインターコネクタ間の隙間をなくすことができ、また、複数のインターコネクタの幅の合計はバスバー電極幅と同一にすることで、インターコネクタによるシャドーロスをなくし、高い変換効率を得ることができることを見出し、本発明をなすに至った。

即ち、本発明は、下記の太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
請求項１：
バスバー電極を有する複数の太陽電池セルと、これら太陽電池セルのバスバー電極相互を電気的に接続するインターコネクタとを備える太陽電池モジュールであって、一の太陽電池セルの１本のバスバー電極と、これに隣接する他の太陽電池セルの１本のバスバー電極とが、銅又はインバールからなる複数本のインターコネクタであって１本のインターコネクタの幅はバスバー電極幅よりも狭く０．３〜３．０ｍｍであり、これらの合計の幅がバスバー電極幅と同じとなるインターコネクタによって、該複数本のインターコネクタ相互が１本のバスバー電極の幅方向に沿って隙間なく配列し、各インターコネクタの上記１本のバスバー電極との接続部分が該バスバー電極の表面形状に倣った状態で、はんだ接続されたことを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項２：
上記複数本のインターコネクタは、互いに同じ幅、同じ厚さの平角状で、その長さも互いに同じであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
請求項３：
一の太陽電池セルの表面側の１本のバスバー電極と、これに隣接する他の太陽電池セルの裏面側の１本のバスバー電極とを複数本のインターコネクタによって接続するようにした請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
請求項４：
１本のインターコネクタの厚みが１０〜１５０μｍである請求項１〜３のいずれか１項記載の太陽電池モジュール。
請求項５：
バスバー電極を有する複数の太陽電池セルと、これら太陽電池セルのバスバー電極相互を電気的に接続するインターコネクタとを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、一の太陽電池セルの１本のバスバー電極の幅方向に沿って、銅又はインバールからなる複数本のインターコネクタであって１本のインターコネクタの幅はバスバー電極幅よりも狭く０．３〜３．０ｍｍであり、これらの合計の幅がバスバー電極幅と同じとなるインターコネクタの一方の端部側を互いに隙間なく配列しはんだ付けして、各インターコネクタをこのバスバー電極の表面形状に倣った状態ではんだ接続し、次いで、上記太陽電池セルに隣接する他の太陽電池セルの１本のバスバー電極の幅方向に沿って上記複数本のインターコネクタの他方の端部側を互いに隙間なく配列しはんだ付けして、各インターコネクタをこのバスバー電極の表面形状に倣った状態ではんだ接続することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

本発明の太陽電池モジュールは、幅の狭い複数のインターコネクタを使用して、バスバー電極上部形状に倣って接続することができ、インターコネクタと太陽電池セルのバスバー電極間の隙間を低減することができ、接続抵抗を低減し、フィルファクターを向上した太陽電池モジュールを提供できる。また、太陽電池セルとインターコネクタ間の隙間を少なくすることができるため剥離強度が強く、耐環境に強い太陽電池モジュールを提供できる。

本発明に係る太陽電池セルにインターコネクタをはんだ接続するときの概略断面図である。 従来の太陽電池セルにインターコネクタをはんだ接続するときの概略断面図である。 本発明の太陽電池セル相互をインターコネクタによって互いに連結した場合の一例を示し、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。 本発明の太陽電池モジュールの一例を示し、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。 従来の太陽電池セル相互をインターコネクタによって互いに連結した場合を示し、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。 従来の太陽電池モジュールを示し、（Ａ）は概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、この方法で作製された太陽電池モジュールに限られるものではない。

図１に示すように、本発明に係る太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セル１は、半導体基板２と、その表裏面にそれぞれ形成される表面（受光面、以下同じ。）の集電電極３及び裏面の集電電極４とを具備する。半導体基板２としては、例えば、一辺が１５５ｍｍ程度の擬似四角形で、厚みが０．２〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン等のｐ型又はｎ型シリコン基板が用いられる。

ｐ型シリコン基板の場合、この基板表層にはｐ／ｎ接合が形成される。このｐ／ｎ接合の形成は、具体的には、リン等のｎ型の不純物を含む溶液をｐ型シリコン基板の表面に塗布するか、あるいはこのｐ型シリコン基板を気相中に基板同士を重ね合わせ、ボートに移載して８００〜９００℃程度でその表面からリン、砒素、アンチモン等のｎ型の不純物を、例えばオキシ塩化リンなどを用いた気相拡散により、ｐ型シリコン基板の表層に不純物拡散層を形成することで行なわれる。即ち、半導体基板２内にｎ型領域２−２とｐ型領域２−１が形成され、ｎ型領域２−２とｐ型領域２−１との界面部分に半導体接合部が形成される。こうして形成された太陽電池セル１の受光面であるｎ型拡散面を表面とし、この面と反対側の不拡散面を裏面とする。受光面である表面には、図示していないが、反射防止膜を形成しておくことが望ましい。なお、この半導体基板２は、シリコン以外に単結晶ガリウム砒素等を用いてもよいし、ｎ型基板に臭化ボロン等の拡散源を用いてｐ型の拡散層を設けてｐ／ｎ接合を形成してもよい。

上記の半導体基板２には、図１に示すように、基板２の受光面にｎ型領域２−２と接して受光面集電電極３が形成され、基板２の裏面にｐ型領域２−１と接して裏面集電電極４が形成されている。図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、表面の集電電極３（３’）は、フィンガー部（フィンガー電極）３ａ（３’ａ）と、バスバー部（バスバー電極）３ｂ（３’ｂ）とで構成される。図中、バスバー部３ｂ（３’ｂ）は、半導体基板２（２’）の受光面を長さ方向（隣接する半導体基板との連設方向）に沿ってその一端部から他端部にかけて２本平行に形成されている。フィンガー部は、バスバー部と直角に交差するようにして複数本が基板の全幅にわたって形成されることが多い。バスバー部の幅は、例えば１〜３ｍｍ程度であり、フィンガー部の幅は、例えば０．０５〜０．２ｍｍ程度が好ましい。

受光面の集電電極及び裏面の集電電極は、具体的には、次のようにして形成される。即ち、電極形成工程において、半導体基板２の受光面には線状に、裏面には全面に、金属又はそれに準じる物質を各集電電極としてパターニングし、真空蒸着法やスクリーン印刷法を用いて各集電電極を形成する。スクリーン印刷の場合、例えば、銀粉末、ガラスフリット、結合剤、溶剤等を含むペーストをスクリーン印刷して、７００〜８００℃程度の温度で焼き付け、全体をはんだ層で被覆することにより形成される。また、裏面の集電電極４は、インターコネクタを接続するための銀電極（裏面バスバー電極（図３中の４ｂ又は４’ｂ））と、それを除くほぼ全面に形成された集電用のアルミニウム電極（図示せず）とで構成され、通常、銀電極ははんだ層で被覆される。

このようにして得られる太陽電池セル１の受光面バスバー電極３ｂと、この太陽電池セル１と隣接する他の太陽電池セル１’の裏面バスバー電極４’ｂに、インターコネクタ５をそれぞれ接続して、図３（Ａ），（Ｂ）に示すような太陽電池モジュールを得る。なお、太陽電池セルの連結数は通常、２〜６０個である。

この場合、本発明において、太陽電池セルの１本のバスバー電極に接続されるインターコネクタ５は、図２に示す従来のインターコネクタ８のように１本ではなく、複数本（図面では３本）のインターコネクタ５−１，５−２，５−３からなる。この場合、これら複数本のインターコネクタ５−１，５−２，５−３は互いに同じ幅、同じ長さ、同じ厚さに形成されていることが好ましい。なお、１本のバスバー電極に対して接続するインターコネクタの本数は、２本以上であればよく、好適には３〜１０本のインターコネクタを用いることができるが、材料コスト、生産性の点からは３本のインターコネクタを用いることが好ましい。この場合、複数本のインターコネクタを１本のバスバー電極に接続する際、これらインターコネクタは互いに隙間が生じず側面が当接するように配置、接続されることが好ましいが、このように配置した場合のインターコネクタの合計幅はバスバー電極の幅と同じとなることが好ましい。なお、インターコネクタの材質は特に制限されないが、平角状の銅箔やインバール等で形成することができる。

インターコネクタの太陽電池セルへの接続例を以下に説明する。まず、図１に示すように、太陽電池セル１を用意する。太陽電池セル１の受光面バスバー電極３上の形状に倣いながらインターコネクタ５−１，５−２，５−３をそれぞれ接続する。具体的には、太陽電池セル１に接続するインターコネクタ５−１，５−２，５−３の上部をはんだごてでなぞり、太陽電池セル１とインターコネクタ５−１，５−２、５−３をそれぞれはんだ接続する。はんだコテ形状は、例えばバスバー電極断面形状が凸形状の場合、凹形状のコテを使用すると、インターコネクタ５−１，５−２，５−３をバスバー電極形状に倣ってはんだ接続できる。バスバー電極形状に倣ってインターコネクタ５−１，５−２，５−３をはんだ接続するので、接触部の隙間が軽減されるため、接続抵抗を小さくすることができる。また、バスバー電極とインターコネクタ間の剥離強度を強くできる。

なお、図２に示したような従来の１本のインターコネクタ８を１本のバスバー電極３に接続する態様では、インターコネクタ８とバスバー電極３との接触面積が小さいという点から、バスバー電極形状に倣い難く、バスバー電極３とインターコネクタ８との間に隙間が生じ、接触抵抗が大きくなるおそれがある。

インターコネクタ５−１，５−２，５−３の厚さは１０〜１５０μｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜１００μｍである。上記範囲未満であると電力損失が大きい場合があり、上記範囲を超えるとセル端部で割れる場合がある。

次に、図３に示すように上記複数本のインターコネクタ５−１，５−２，５−３を太陽電池セル１’のバスバー電極４’ｂに接続する。具体的には、太陽電池セル１’に接続するインターコネクタ５−１，５−２，５−３の上部をはんだごてでなぞり、太陽電池セル１’とインターコネクタ５−１，５−２，５−３をそれぞれはんだ接続する。この場合もバスバー電極４’ｂの断面形状が例えば凸型形状であれば、凹型形状のはんだコテを使用すればインターコネクタ５−１，５−２，５−３を同時にはんだ接続できる。太陽電池モジュールにおける太陽電池セル１及び１’の相互の間隔は２〜５ｍｍ程度である。

また、複数のインターコネクタの幅の合計は、シャドーロスを低減する点からバスバー電極幅とほぼ同じであることが好ましい。

一般に、太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの表面や裏面を保護する必要があることから、太陽電池モジュール製品としては、上述したインターコネクタを備えた複数の太陽電池セルを、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、ガラス板等の透明基板１０と裏面カバー（バックシート）１３との間に挟んだ構成になっている。この場合、例えば、透明基板１０と裏面カバー１３との間に、太陽電池セルの受光面を透明基板に向けて挟み、透明な充填材料１２でインターコネクタを備えた複数の太陽電池セルを封入し、外部端子１１を接続したスーパーストレート方式が一般に用いられる。ここで、透明な充填材料１２としては、光透過率の低下の少ないＰＶＢ（ポリビニルブチロール）や、耐湿性に優れたＥＶＡ（エチレンビニルアセタート）等が用いられる。一方の外部端子１１には、インターコネクタ６が接続され、もう一方の外部端子１１には、インターコネクタ７が接続される。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

［実施例，比較例］
厚さ３００μｍ、比抵抗０．５Ω・ｃｍの、ホウ素ドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板６枚を用意した。濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去した後、これらの基板を同時に水酸化カリウム／２−プロパノール混合溶液に浸漬した。水洗、乾燥後、アンモニア過酸化水素・フッ酸・塩酸過酸化水素・フッ酸洗浄し、水洗・乾燥した。次に、基板６枚を非受光面同士を重ね合わせ、石英ボートに搭載して、拡散炉に投入した。ヒーター温度を８５０℃まで昇温して、オキシ塩化リンを窒素毎分１リットル／分にてバブリングさせた。バブリング蒸発したオキシ塩化リンを、酸素ガス毎分１リットル／分を伴ってシリコン表面にリンガラスとして堆積させた。引き続き、窒素雰囲気中に３０分間放置した後、拡散炉から取出した。
拡散したこれら６枚の基板に対してＨＦでリンガラスを除去後、９００℃の酸素雰囲気で熱処理し、酸化膜パッシベーション層を形成した。次に、上記基板に対し、プラズマＣＶＤ処理により表面にＳｉＮ膜を製膜した。この際、原料ガスとしてモノシランガスとアンモニアガスを使用した。また、プラズマを発生させるための電源の周波数は、マイクロ波を用い、圧力は０．５Ｔｏｒｒ、基板温度は４００℃、処理時間は５分間とした。その後、スクリーン印刷でアルミニウムをほぼ全面に印刷し、銀をバスバー形状に印刷・焼成して裏面電極を形成した。最後に、受光面にスクリーン印刷により銀をパターン印刷・焼成し、表面電極フィンガー部と、バスバー部を形成し、太陽電池セル６枚を得た。

上記太陽電池セル３枚を用いて下記に示す実施例の太陽電池モジュール１台と図１のような引張強度試験用セル１枚を作製した。また、残り３枚を使用して比較例の太陽電池モジュール１台と図２に示すような引張強度用セル１枚を製作した。

［実施例：３本のインターコネクタ（１本の幅１ｍｍで厚さが０．１ｍｍ）を使用した太陽電池モジュールの作製（図１，３参照）］
図１、図３に示すように、得られた太陽電池セル３枚のうち太陽電池セル１及び１’の２枚を使用して太陽電池モジュールを試作した。３本のインターコネクタ５−１，５−２，５−３をフラックスに予め浸漬塗布し、インターコネクタ５−１，５−２，５−３と太陽電池セル１の表面バスバー３ｂをはんだ接続した。また、もう一つの太陽電池セル１’の裏面銀電極４’ｂもはんだ接続し、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように太陽電池セルを連結した。
また、図４に示すように、モジュール外部への配線として太陽電池セル１’の受光面バスバー部に、上記と同様にインターコネクタ３本（６−１，６−２，６−３）６をそれぞれ予めフラックスを塗布して、はんだ接続した。同様に、太陽電池セル１の裏面銀電極に、インターコネクタ３本（７−１，７−２，７−３）７を予めフラックスを塗布して、はんだ接続した。
最後に、ガラス板等の透明基板１０と裏面カバー１３との間に、太陽電池セルの受光面である表面を透明基板に向けて挟み、透明な充填材料１１と裏面コートでインターコネクタを備えた太陽電池セルを封入し、太陽電池モジュールＩを得た。
次に、図１に示すように、太陽電池１のバスバー電極３にインターコネクタ３本５を予めフラックスを浸漬塗布しておき、はんだ接続した。インターコネクタの先端５ｃｍは引張強度測定装置の引張治具に接続するために、はんだ接続しないようにした。

［比較例１：インターコネクタ（幅３ｍｍで厚さが０．１ｍｍ）のみを使用した太陽電池モジュールの作製（図２，５，６参照）］
残り３枚のうち２枚の太陽電池セルを使用して、図５に示すようにインターコネクタ８にフラックスを予め浸漬し、インターコネクタ８と太陽電池セル１の受光面バスバー３ｂをはんだ接続した。もう一つの太陽電池セル１’の裏面銀電極４’ｂもはんだ接続した。また、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、モジュール外部への配線として、太陽電池セル１’の受光面バスバー部と太陽電池セル１の裏面銀電極にインターコネクタ９，１４をそれぞれ予めフラックスを塗布してはんだ接続した。最後に、ガラス板等の透明基板１０と裏面カバー１３との間に、太陽電池セルの受光面である表面を透明基板に向けて挟み、透明な充填材料１２と裏面コートでインターコネクタを備えた太陽電池セルを封入し、太陽電池モジュールＩＩを得た。
次に、図２に示すように、太陽電池１のバスバー電極３にインターコネクタ１本８を予めフラックスを浸漬塗布しておき、はんだ接続した。インターコネクタの先端５ｃｍは引張強度測定装置の引張治具に接続するために、はんだ接続しないようにした。

得られたモジュールＩ，ＩＩをモジュールシュミュレータにて測定した結果を表１に示す。実施例１ではＦ．Ｆ．が極めて高い太陽電池モジュールが得られ、変換効率も大幅に高くなった。

剥離強度の測定
実施例及び比較例で作製したインターコネクタ付太陽電池セルについて剥離強度を測定した。セルを測定機に固定し、はんだ接続していないインターコネクタ５ｃｍを太陽電池セルに対して９０°折り曲げ、引張治具に接続した。引張スピードは１０ｍｍ／分として長さ１０ｃｍ引き上げた。引き上げ時に太陽電池セルとインターコネクタが常に９０°になるように保った。実施例の太陽電池セルではインターコネクタ３本を同時に引張り、６Ｎの引張強度を得た。一方、比較例の太陽電池セルでは３Ｎの引張り強度を得た。

１，１’ 太陽電池セル
２，２’ 基板
２−１，２’−１ ｐ型領域
２−２，２’−２ ｎ型領域
３，３’ 表面集電電極
３ａ，３’ａ フィンガー電極
３ｂ，３’ｂ バスバー電極
４ 裏面集電電極
４ｂ，４’ｂ バスバー電極
５，５−１，５−２，５−３ 幅細インターコネクタ
６，６−１，６−２，６−３ 幅細インターコネクタ
７，７−１，７−２，７−３ 幅細インターコネクタ
８，９，１４ 通常幅インターコネクタ
１０ 透明基板
１１ 外部端子
１２ 充填材料
１３ 裏面カバー

Claims (5)

1. バスバー電極を有する複数の太陽電池セルと、これら太陽電池セルのバスバー電極相互を電気的に接続するインターコネクタとを備える太陽電池モジュールであって、一の太陽電池セルの１本のバスバー電極と、これに隣接する他の太陽電池セルの１本のバスバー電極とが、銅又はインバールからなる複数本のインターコネクタであって１本のインターコネクタの幅はバスバー電極幅よりも狭く０．３〜３．０ｍｍであり、これらの合計の幅がバスバー電極幅と同じとなるインターコネクタによって、該複数本のインターコネクタ相互が１本のバスバー電極の幅方向に沿って隙間なく配列し、各インターコネクタの上記１本のバスバー電極との接続部分が該バスバー電極の表面形状に倣った状態で、はんだ接続されたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 上記複数本のインターコネクタは、互いに同じ幅、同じ厚さの平角状で、その長さも互いに同じであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 一の太陽電池セルの表面側の１本のバスバー電極と、これに隣接する他の太陽電池セルの裏面側の１本のバスバー電極とを複数本のインターコネクタによって接続するようにした請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
4. １本のインターコネクタの厚みが１０〜１５０μｍである請求項１〜３のいずれか１項記載の太陽電池モジュール。
5. バスバー電極を有する複数の太陽電池セルと、これら太陽電池セルのバスバー電極相互を電気的に接続するインターコネクタとを備える太陽電池モジュールの製造方法であって、一の太陽電池セルの１本のバスバー電極の幅方向に沿って、銅又はインバールからなる複数本のインターコネクタであって１本のインターコネクタの幅はバスバー電極幅よりも狭く０．３〜３．０ｍｍであり、これらの合計の幅がバスバー電極幅と同じとなるインターコネクタの一方の端部側を互いに隙間なく配列しはんだ付けして、各インターコネクタをこのバスバー電極の表面形状に倣った状態ではんだ接続し、次いで、上記太陽電池セルに隣接する他の太陽電池セルの１本のバスバー電極の幅方向に沿って上記複数本のインターコネクタの他方の端部側を互いに隙間なく配列しはんだ付けして、各インターコネクタをこのバスバー電極の表面形状に倣った状態ではんだ接続することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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