JP5892584B2 - 太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、裏面結合型の太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールに関し、特に導電性接着剤及び接続用導体を用いて各太陽電池セルを結合させた太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
従来、ｐ型電極とｎ型電極とがともに太陽電池セルの裏面に設けられた、いわゆるバックコンタクト型の太陽電池モジュールがある。バックコンタクト型太陽電池モジュールは、ｐ型電極とｎ型電極とがともに太陽電池セルの裏面に設けられており、複数の太陽電池セルを接続する際には、インターコネクタとなるタブ線で裏面同士を接続する。したがって、バックコンタクト型太陽電池モジュールは、受光面となる太陽電池セル表面に電極やタブ線を設ける必要がなく、受光効率の向上が図られるとともに、外観も良好となる。また、バックコンタクト型太陽電池モジュールは、太陽電池セルの表裏面に電極を設けるタイプと異なり、タブ線を、一の太陽電池セルの表面と他の太陽電池セルの裏面とに亘って引き回すことがなく製造工程も容易となる。
図９に従来のバックコンタクト型太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの接続構成を示す。太陽電池セル１００には、ｐ型電極１０１及びｎ型電極１０２とがセルの裏面に交互に並設され、一側縁部に沿ってｐ型電極１０１の各一端と連続するｐ型電極集電部１０３が形成され、他側縁部に沿ってｎ型電極１０２の各一端と連続するｎ型電極集電部１０４が形成されている。
ｐ型電極集電部１０３及びｎ型電極集電部１０４は、相対向する位置にタブ線１０５との接続点１０６が数カ所設けられている。そして、各太陽電池セル１００は、ｐ型電極集電部１０３と、ｎ型電極集電部１０４とが隣接するように配置され、各接続点１０６同士を細線状のタブ線１０５ではんだ接続している。
しかし、はんだ付けでは約２６０℃と高温による接続処理が行われるため、太陽電池セル１００の反りが懸念される。また、太陽電池モジュールの出力を上げるためにタブ線による抵抗値を下げる必要があり、そのためタブ線１０５の断面積を大きくする必要がある。しかし、タブ線の断面積を大きくするとタブ線自体の剛性が高くなり、熱膨張に伴うタブ線１０５とｐ型電極集電部１０３及びｎ型電極集電部１０４との接続点１０６に生じる内部応力によって、ｐ型電極集電部１０３及びｎ型電極集電部１０４とタブ線１０５との間の接続信頼性が低下することが懸念される。さらに、はんだ付けでは、フラックスを用いため、フラックスの残渣により、太陽電池セル１００の封止樹脂の剥がれや接着性の悪化も懸念される。
一方で、ｐ型電極集電部１０３及びｎ型電極集電部１０４とタブ線１０５との間の接続信頼性の低下を補うべく、タブ線１０５のはんだ接続面積を大きく取ると、太陽電池セル１００における有効面積が狭くなり、発電効率が低下してしまう。
そこで、本発明は、ｐ型電極集電部及びｎ型電極集電部と接続用導体との間の接続信頼性を向上させつつ、発電効率の向上を図る太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係る太陽電池モジュールは、ｐ型電極及びｎ型電極がセルの一面に交互に並設された複数の太陽電池セルと、幅方向の一方側が一の上記太陽電池セルの上記ｐ型電極の一端と接続され、幅方向の他方側が上記一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの上記ｎ型電極の一端と接続され、上記一の太陽電池セルの上記ｐ型電極と上記他の太陽電池セルの上記ｎ型電極とを導通させる接続用導体と、予め上記接続用導体に積層され、上記接続用導体を、長手方向に亘って上記ｐ型電極及び上記ｎ型電極に接続し、上記接続用導体との接着面と反対側の表面から導電性粒子が露出している接着剤層とを有するものである。
また、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、ｐ型電極及びｎ型電極がセルの一面に交互に並設された複数の太陽電池セルを、一の太陽電池セルの一側縁部と、他の太陽電池セルの他側縁部とが隣接するように配列し、上記一の太陽電池セルの上記ｐ型電極と上記他の太陽電池セルの上記ｎ型電極とを導通させる接続用導体を、予め該接続用導体に積層され該接続用導体との接着面と反対側の表面から導電性粒子が露出している接着剤層を介して、該接続用導体の幅方向の一方側を長手方向に亘って上記ｐ型電極の端部に配置し、上記接続用導体の幅方向の他方側を長手方向に亘って上記ｎ型電極の端部に配置し、上記接続用導体を、長手方向に亘って上記ｐ型電極及び上記ｎ型電極に接続する工程を有する。
本発明によれば、接着剤層を介してｐ型電極及びｎ型電極と接続用導体とが、太陽電池セルの側縁部に沿って面接続されることにより、接続用導体とｐ型電極及びｎ型電極との接続面積を大きく確保することができ、接続用導体との導通抵抗の増大を防止すると共に接続信頼性を維持することができる。
以下、本発明が適用された太陽電池モジュール及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［太陽電池モジュール］
本発明が適用された太陽電池モジュール１について、光電変換素子として、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールを例に説明する。
本発明が適用された太陽電池モジュール１について、光電変換素子として、単結晶型シリコン光電変換素子、多結晶型光電変換素子を用いる結晶シリコン系太陽電池モジュールを例に説明する。
［太陽電池セル］
太陽電池モジュール１は、図１に示すように、複数の太陽電池セル２がインターコネクタとなる接続用導体３によって直列に接続されたストリングス４を有し、このストリングス４を複数配列したマトリクス５を備える。そして、太陽電池モジュール１は、このマトリクス５が封止接着剤のシート６で挟まれ、受光面側に設けられた表面カバー７及び裏面側に設けられたバックシート８とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム９が取り付けられることにより形成される。
太陽電池モジュール１は、図１に示すように、複数の太陽電池セル２がインターコネクタとなる接続用導体３によって直列に接続されたストリングス４を有し、このストリングス４を複数配列したマトリクス５を備える。そして、太陽電池モジュール１は、このマトリクス５が封止接着剤のシート６で挟まれ、受光面側に設けられた表面カバー７及び裏面側に設けられたバックシート８とともに一括してラミネートされ、最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム９が取り付けられることにより形成される。
封止接着剤としては、例えばエチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＡ）等の透光性封止材が用いられる。また、表面カバー７としては、例えば、ガラスや透光性プラスチック等の透光性の材料が用いられる。また、バックシート８としては、ガラスや、アルミニウム箔を樹脂フィルムで挟持した積層体等が用いられる。
［電極］
太陽電池モジュールの各太陽電池セル２は、シリコン基板からなる光電変換素子１０を有する。光電変換素子１０は、図２（ａ）に示すように、受光面となる表面１０ａには電極は形成されておらず、図２（ｂ）に示すように、受光面と反対側の裏面１０ｂに、極性の異なるｐ型電極１１及びｎ型電極１２が形成されている。
太陽電池モジュールの各太陽電池セル２は、シリコン基板からなる光電変換素子１０を有する。光電変換素子１０は、図２（ａ）に示すように、受光面となる表面１０ａには電極は形成されておらず、図２（ｂ）に示すように、受光面と反対側の裏面１０ｂに、極性の異なるｐ型電極１１及びｎ型電極１２が形成されている。
太陽電池セル２は、ライン状のｐ型電極１１及びｎ型電極１２が、光電変換素子１０の裏面１０ｂに交互に並設されるとともに、一側縁部２ａに沿って複数のｐ型電極１１の各一端と接続するｐ型電極集電部１３が設けられ、他側縁部２ｂに沿って複数のｎ型電極１２の各一端と接続するｎ型電極集電部１４が設けられている。ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４は、太陽電池セル２の相対向する一側縁部２ａ及び他側縁部２ｂに沿って設けられ、かつ所定の幅を有する。これにより、太陽電池セル２は、ｐ型電極１１及びｐ型電極集電部１３、ｎ型電極１２及びｎ型電極集電部１４が、それぞれ櫛状に形成され、それぞれが互い違いに櫛目の間に入り込んでいる。
これらｐ型電極１１、ｎ型電極１２、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４は、例えば、光電変換素子１０の裏面１０ｂにＡｇペースト等の導電性ペーストが所定のパターンで塗布、焼成されることにより形成される。
そして、太陽電池セル２は、後述する接続用導体３によって、ｐ型電極集電部１３と、隣接する太陽電池セル２のｎ型電極集電部１４とが電気的に接続され、これにより直列に接続されたストリングス４を構成する。接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４との接続は、後述する導電性接着フィルム１７によって行う。
ここで、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４は、接続用導体３と接続する所定の接続幅Ｗを有する。接続幅Ｗは、図２（ｂ）に示すように、ｐ型電極集電部１３の、太陽電池セル２の一側縁部２ａに沿った長手方向と直交する幅をいい、接続用導体３の幅方向の一方側が接続する領域となる。太陽電池セル２は、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の各接続幅Ｗに応じて、接続用導体３との接続信頼性及び発電に寄与する有効面積が規定される。すなわち、太陽電池セル２は、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の各接続幅Ｗを狭くすればｐ型電極１１及びｎ型電極１２の面積を多く確保することができ、発電効率を向上させることができるが、接続用導体３との接続面積が少なくなって、導通抵抗の増大や接続信頼性を損なう。一方、太陽電池セル２は、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の各接続幅Ｗを多く確保すれば、接続用導体３との導通抵抗や接続信頼性の面で有利となるが、発電に寄与する有効面積が減少する。
そこで、太陽電池セル２は、導電性接着フィルム１７を介してｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４と接続用導体３とが面接続されることにより、接続用導体３との導通抵抗の増大を防止すると共に接続信頼性を向上させつつ、有効面積を確保して発電効率を向上させる。このような、接続信頼性と発電効率の調和を図る接続幅Ｗとしては、略１〜５ｍｍである。
［接続用導体］
接続用導体３は、従来の太陽電池モジュールで使用されているタブ線よりも幅広に形成されている。接続用導体３は、例えば、５０〜３００μｍ厚のリボン状銅箔を使用し、必要に応じて金メッキ、銀メッキ、スズメッキ、ハンダメッキ等を施すことにより形成される。また、接続用導体３は、太陽電池セル２の一側縁部２ａ及び他側縁部２ｂと略同等の長さで用いられ、幅方向の一方側が、相隣接する一対の太陽電池セル２の一方に形成されたｐ型電極集電部１３又はｎ型電極集電部１４の接続部とされ、幅方向の他方側が他方の太陽電池セル２に形成されたｎ型電極集電部１４又はｐ型電極集電部１３の接続部とされている。
接続用導体３は、従来の太陽電池モジュールで使用されているタブ線よりも幅広に形成されている。接続用導体３は、例えば、５０〜３００μｍ厚のリボン状銅箔を使用し、必要に応じて金メッキ、銀メッキ、スズメッキ、ハンダメッキ等を施すことにより形成される。また、接続用導体３は、太陽電池セル２の一側縁部２ａ及び他側縁部２ｂと略同等の長さで用いられ、幅方向の一方側が、相隣接する一対の太陽電池セル２の一方に形成されたｐ型電極集電部１３又はｎ型電極集電部１４の接続部とされ、幅方向の他方側が他方の太陽電池セル２に形成されたｎ型電極集電部１４又はｐ型電極集電部１３の接続部とされている。
接続用導体３は、図３に示すように、予め、一面に接着剤層を構成する導電性接着フィルム１７が積層されることにより積層体１５を構成する。そして、接続用導体３は、積層体１５の導電性接着フィルム１７が設けられた面が、一方の太陽電池セル２に設けられたｐ型電極集電部１３と他方の太陽電池セル２に設けられたｎ型電極集電部１４とに跨って配置されることにより、相隣接する一対の太陽電池セル２を直列に接続する。
［接着剤層］
接着剤層を構成する導電性接着フィルム１７は、図４に示すように、熱硬化型のバインダー樹脂１８に導電性粒子１９が高密度に含有され、フィルム状に成形されたものである。
接着剤層を構成する導電性接着フィルム１７は、図４に示すように、熱硬化型のバインダー樹脂１８に導電性粒子１９が高密度に含有され、フィルム状に成形されたものである。
導電性接着フィルム１７は、押し込み性の観点から、バインダー樹脂の最低溶融粘度が、１００〜１０００００Ｐａ・ｓであることが好ましい。導電性接着フィルム１７は、最低溶融粘度が低すぎると低圧着から本硬化の過程で樹脂が流動してしまい接続不良やセル受光面へのはみ出しが生じやすく、受光率低下の原因ともなる。また、最低溶融粘度が高すぎてもフィルム貼着時に不良を発生しやすく、接続信頼性に悪影響が出る場合もある。なお、最低溶融粘度については、サンプルを所定量回転式粘度計に装填し、所定の昇温速度で上昇させながら測定することができる。
バインダー樹脂１８に含有される導電性粒子１９としては、特に制限されず、例えば、ニッケル、金、銀、銅などの金属粒子、樹脂粒子に金めっきなどを施したもの、樹脂粒子に金めっきを施した粒子の最外層に絶縁被覆を施したものなどを挙げることができる。導電性粒子１９の形状としては、球形、扁平形状を好ましく使用することができる。なお、導電性粒子１９の平均粒子径は１〜５０μｍの範囲で使用が可能であり、１０〜３０μｍの範囲を好ましく使用することができる。
また、導電性接着フィルム１７は、常温付近での粘度が１０〜１００００ｋＰａ・ｓであることが好ましく、さらに好ましくは、１０〜５０００ｋＰａ・ｓである。導電性接着フィルム１７の粘度が１０〜１００００ｋＰａ・ｓの範囲であることにより、導電性接着フィルム１７を接続用導体３の一面に設け、リール２１に巻装した場合において、いわゆるはみ出しによるブロッキングを防止することができ、また、所定のタック力を維持することができる。
導電性接着フィルム１７のバインダー樹脂層の組成は、上述のような特徴を害さない限り、特に制限されないが、より好ましくは、膜形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、潜在性硬化剤と、シランカップリング剤とを含有する。
膜形成樹脂は、平均分子量が１００００以上の高分子量樹脂に相当し、フィルム形成性の観点から、１００００〜８００００程度の平均分子量であることが好ましい。膜形成樹脂としては、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノキシ樹脂等の種々の樹脂を使用することができ、その中でも膜形成状態、接続信頼性等の観点からフェノキシ樹脂が好適に用いられる。
液状エポキシ樹脂としては、常温で流動性を有していれば、特に制限はなく、市販のエポキシ樹脂が全て使用可能である。このようなエポキシ樹脂としては、具体的には、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、アクリル樹脂など他の有機樹脂と適宜組み合わせて使用してもよい。
潜在性硬化剤としては、加熱硬化型、ＵＶ硬化型などの各種硬化剤が使用できる。潜在性硬化剤は、通常では反応せず、何かしらのトリガーにより活性化し、反応を開始する。トリガーには、熱、光、加圧などがあり、用途により選択して用いることができる。なかでも、本願では、加熱硬化型の潜在性硬化剤が好適に用いられ、ｐ型電極集電部１３やｎ型電極集電部１４に加熱押圧されることにより本硬化される。液状エポキシ樹脂を使用する場合は、イミダゾール類、アミン類、スルホニウム塩、オニウム塩などからなる潜在性硬化剤を使用することができる。
シランカップリング剤としては、エポキシ系、アミノ系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系などを用いることができる。これらの中でも、本実施の形態では、エポキシ系シランカップリング剤が好ましく用いられる。これにより、有機材料と無機材料の界面における接着性を向上させることができる。
また、その他の添加組成物として、無機フィラーを含有することが好ましい。無機フィラーを含有することにより、圧着時における樹脂層の流動性を調整し、粒子捕捉率を向上させることができる。無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等を用いることができ、無機フィラーの種類は特に限定されるものではない。
上述したように、導電性接着フィルム１７は、接続用導体３上にバインダー樹脂１８が積層されることにより、テープ状の積層体１５が形成されている。また、導電性接着フィルム１７は、バインダー樹脂１８の接続用導体３が積層される面と反対側の面に剥離シートを有する構成としてもよい。剥離シートとしては、特に制限はなく、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）、ＯＰＰ（Oriented Polypropylene）、ＰＭＰ（Poly-4-methlpentene−1）、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などを用いることができる。このテープ状の導電性接着フィルム１７は、リール２１に巻回される。
積層体１５は、予め接続用導体３と導電性接着フィルム１７とを積層一体化されているため、実使用時においては、リール２１より引き出され、太陽電池セル２の一側縁部２ａ及び他側縁部２ｂと略同等の所定の長さにカットされた後、剥離シートが剥離され、導電性接着フィルム１７のバインダー樹脂１８をｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４上に貼着することにより接続用導体３と各電極集電部１３，１４との接続を図ることができる。
上記では、フィルム形状を有する導電性接着フィルムについて説明したが、ペースト状であっても問題は無い。導電性接着ペーストを用いる場合にも、接続用導体３は、予め太陽電池セル２への接着面となる一面にこの導電性接着ペーストを塗布しておき、この導電性接着ペーストを介して太陽電池セル２の各電極集電部１３，１４上に貼着してもよい。
なお、積層体１５は、長尺状に形成されたリール形状に限らず、各電極集電部１３，１４に応じた短冊形状であってもよい。また、予め積層体１５を構成することなく、導電性接着フィルム１７や導電性接着ペーストを各電極集電部１３，１４に設け、その後に接続用導体３を配置するようにしてもよい。本願では、導電性粒子を含有するフィルム状の導電性接着フィルム１７、ペースト状の導電性接着ペースト、導電性接着フィルム１７と導電性粒子を含有せずバインダー樹脂のみからなる絶縁性接着フィルムとを積層させた積層フィルムにより構成された接着剤層を「接着剤層」と定義する。
導電性接着フィルム１７が巻き取られたリール製品として提供される場合、導電性接着フィルム１７の粘度を１０〜１００００ｋＰａ・ｓの範囲とすることにより、導電性接着フィルム１７の変形を防止し、所定の寸法を維持することができる。また、導電性接着フィルム１７が短冊形状で２枚以上積層された場合も同様に、変形を防止し、所定の寸法を維持することができる。
導電性接着フィルム１７の製法は、先ず、導電性粒子１９と、膜形成樹脂と、液状エポキシ樹脂と、潜在性硬化剤と、シランカップリング剤とを溶剤に溶解させる。溶剤としては、トルエン、酢酸エチルなど、又はこれらの混合溶剤を用いることができる。溶解させて得られた樹脂生成用溶液を剥離シート上に塗布し、溶剤を揮発させることにより、導電性接着フィルム１７を得る。次いで、導電性接着フィルム１７は、ロールラミネート等により、バインダー樹脂１８の層が接続用導体３の一面に積層され、積層体１５が形成される。
なお、剥離シート及び接続用導体３は、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の接続幅Ｗに応じた幅に形成されている。すなわち、積層体１５は、接続用導体３のｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の接続幅Ｗに応じて、幅方向の一方がｐ型電極集電部１３の接続幅Ｗと同等の幅を有し、幅方向の他方がｎ型電極集電部１４の接続幅Ｗと同等の幅を有する。
［製造方法］
次いで、太陽電池モジュール１の製造工程について説明する。先ず、図５に示すように、複数の太陽電池セル２を、一方の太陽電池セル２のｐ型電極集電部１３と他方の太陽電池セル２のｎ型電極集電部１４とが隣接するように配列する。
次いで、太陽電池モジュール１の製造工程について説明する。先ず、図５に示すように、複数の太陽電池セル２を、一方の太陽電池セル２のｐ型電極集電部１３と他方の太陽電池セル２のｎ型電極集電部１４とが隣接するように配列する。
次いで、積層体１５を、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の長さに応じて所定の長さにカットし、図６に示すように、２つの太陽電池セル２間において隣接するｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４に跨って、かつ一方の太陽電池セル２の一側縁部２ａ及び他方の太陽電池セル２の他側縁部２ｂに沿って、仮貼りする。このとき、積層体１５は、導電性接着フィルム１７が積層された面をｐ型電極集電部１３上及びｎ型電極集電部１４上に配置することにより、接続用導体３が導電性接着フィルム１７を介してｐ型電極集電部１３上及びｎ型電極集電部１４上に配置される。また、積層体１５は、ｐ型電極集電部１３上に仮貼りされる一方の側がｎ型電極１２に触れないようにされ、また、ｎ型電極集電部１４上に仮貼りされる他方の側がｐ型電極１１に触れないようにされる。
積層体１５の仮貼りは、接続用導体３の上から加熱ボンダーによって、導電性接着フィルム１７が流動性を示すが本硬化は生じない程度の所定の温度（例えば、７０〜８０℃）、圧力（例えば、０．５ＭＰａ）で、所定時間（例えば、０．５秒）、熱加圧することにより行う。
これにより複数の太陽電池セル２が接続用導体３によって接続された太陽電池ストリングス４が形成される。ストリングス４が複数配列されたマトリクス５は、太陽電池セル２を封止するＥＶＡ等の透光性の封止接着剤のシート６が表裏面に積層され、受光面側に設けられた表面カバー７及び裏面側に設けられたバックシート８とともに一括してラミネートされる。
このラミネート工程により、積層体１５は、接続用導体３の上からラミネーターによって所定の温度、圧力で所定時間熱加圧されることにより、接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４との間からバインダー樹脂１８が流出するとともに導電性粒子１９が挟持され、この状態でバインダー樹脂１８が硬化する。これにより、導電性接着フィルム１７を介して、接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４とが導通接続され、相隣接する太陽電池セル２が直列に接続される。最後に、周囲にアルミニウムなどの金属フレーム９が取り付けられ、太陽電池モジュール１が完成する。
［効果］
このような太陽電池モジュール１によれば、導電性接着フィルム１７を介してｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４と接続用導体３とが、太陽電池セル２の側縁部に沿って所定の接続幅Ｗをもって面接続されることにより、接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４との接続面積を大きく確保することができ、接続用導体３との導通抵抗の増大を防止すると共に接続信頼性を維持することができる。また、接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４とを面接続することにより、接続部間にかかる応力を分散し、温度サイクル環境下に繰り返し晒された場合にも、接続の安定性を得ることができる。また、導電性接着フィルム１７による接着剤層は、はんだに比して弾性率が低いため、太陽電池セル２と接続用導体３間の応力も緩和することができる。さらに、太陽電池モジュール１は、太陽電池セル２の側縁部に沿って接続用導体３の接続面積を確保するため、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の接続幅Ｗを狭小化でき、その分ｐ型電極１１やｎ型電極１２を形成することで有効面積を確保し、発電効率を向上させることができる。
このような太陽電池モジュール１によれば、導電性接着フィルム１７を介してｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４と接続用導体３とが、太陽電池セル２の側縁部に沿って所定の接続幅Ｗをもって面接続されることにより、接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４との接続面積を大きく確保することができ、接続用導体３との導通抵抗の増大を防止すると共に接続信頼性を維持することができる。また、接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４とを面接続することにより、接続部間にかかる応力を分散し、温度サイクル環境下に繰り返し晒された場合にも、接続の安定性を得ることができる。また、導電性接着フィルム１７による接着剤層は、はんだに比して弾性率が低いため、太陽電池セル２と接続用導体３間の応力も緩和することができる。さらに、太陽電池モジュール１は、太陽電池セル２の側縁部に沿って接続用導体３の接続面積を確保するため、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４の接続幅Ｗを狭小化でき、その分ｐ型電極１１やｎ型電極１２を形成することで有効面積を確保し、発電効率を向上させることができる。
ここで、接続用導体３は、図２ｂに示すｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４における太陽電池セル２の側縁部に沿った全長Ｌ（電極の長さ）の９０％以上に亘って面接続されていることが好ましい。これにより、接続用導体３の接続信頼性を確保すると共に発電効率の向上を図ることができる。
また、積層体１５は、図７に示すように、導電性接着フィルム１７の接続用導体３に積層された面と反対側の表面から導電性粒子１９が露出していてもよい。これにより、積層体１５は、導電性粒子１９がｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４に接触すると共に、バインダー樹脂１８が流出することがなくても、接続用導体３とｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４との導通を確実に図ることができる。
このように、導電性粒子１９が表面から露出する導電性接着フィルム１７は、例えば、Ｎｉ粒子の凝集体を樹脂生成用溶液に分散させ、剥離シート上に塗布した後、溶剤を揮発させることにより表面露出させる方法や、樹脂生成用溶液を剥離シート上に塗布し、Ｎｉ粒子を表面に撒布した後、溶剤を揮発させることにより表面露出させる方法、Ｎｉ粒子を表面に撒布した後、ラミネーターを用いてＮｉ粒子を表面に埋め込む方法などを用いることができる。
なお、太陽電池モジュール１は、ラミネーターによる一括ラミネート工程によって導電性接着フィルム１７を熱加圧する他、積層体１５を各電極集電部１３，１４上に配置した後、加熱ボンダーによって所定の温度（例えば１８０℃程度）、圧力（例えば０．５〜３ＭＰａ程度）、時間（例えば１５秒程度）で加熱押圧することにより、バインダー樹脂１８を本硬化させて接続してもよい。積層体１５によってストリングス４及びマトリクス５が形成された後は、ＥＶＡシート６によって封止され、金属フレーム９が取り付けられることにより太陽電池モジュール１が形成される。但し、上述した一括ラミネート方式によれば、かかるボンディング工程を省略でき、工程の簡略化を図ることができる。
また、太陽電池モジュール１は、積層体１５を用いることなく、導電性接着フィルム１７と接続用導体３とを別個にｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４上に設けてもよい。この場合、接続用導体３を太陽電池セル２の各電極集電部１３，１４上に貼着される前に、各電極集電部１３，１４に導電性接着フィルム１７が仮貼りされ、あるいは導電性接着ペーストが塗布される。次いで、接続用導体３を導電性接着フィルム１７や導電性接着ペースト上に配置し、加熱ボンダーによってバインダー樹脂１８が本硬化する所定の温度、圧力、時間で接続用導体３の上から加熱押圧する。
［変形例］
また、太陽電池モジュール１は、接続用導体３が、一の太陽電池セル２に設けられたｐ型電極１１及び他の太陽電池セル２に設けられたｎ型電極１２の各一端に接続することにより、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４を設けないようにしてもよい。
また、太陽電池モジュール１は、接続用導体３が、一の太陽電池セル２に設けられたｐ型電極１１及び他の太陽電池セル２に設けられたｎ型電極１２の各一端に接続することにより、ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４を設けないようにしてもよい。
この場合、図８に示すように、光電変換素子１０の裏面１０ｂには、両側縁間に亘って延びるライン状のｐ型電極１１及びｎ型電極１２がその幅方向に交互に並設され、一側縁部２ａ及び他側縁部２ｂに上記ｐ型電極集電部１３及びｎ型電極集電部１４は形成されていない。また、光電変換素子１０は、ｐ型電極１１の一端１１ａが一側縁部２ａ側にｎ型電極１２よりも延長して形成され、ｎ型電極１２の一端１２ａが他側縁部２ｂ側にｐ型電極１１よりも延長して形成される。
そして、図８に示すように、接続用導体３は、導電性接着フィルム１７を介して、相隣接する太陽電池セル２の一側縁部２ａ及び他側縁部２ｂに沿って、一側縁部２ａ側に延長されている一端１１ａ、及び他側縁部２ｂ側に延長されている一端１２ａ上に接続される。これにより、接続用導体３は、ｐ型電極１１の集電部とｎ型電極１２の集電部を兼用することができる。したがって、太陽電池セル２は、各集電部１３，１４を省略することで、Ａｇペースト等の材料を削減することができる。
なお、このときも、接続用導体３は、ｐ型電極１１の一端１１ａと接続する側は、一側縁部２ａ側に設けられたｎ型電極１２と接触しないように接続され、ｎ型電極１２の一端１２ａと接続する側は、他側縁部２ｂ側に設けられたｐ型電極１１と接触しないように接続される。
次いで、本発明の実施例について、タブ線をはんだ接続した場合や絶縁性接着フィルムを用いた場合等と比較して説明する。この実施例及び比較例では、モデル実験として、いずれも、シリコンからなる５インチウエハーを用い、一面に、全面に亘って電極を形成した（以下、「モデル部材」という）。電極は、Ａｇペーストをスクリーン印刷した後に、焼成することにより形成した。
そして、一のモデル部材の一方の電極と他のモデル部材の一方の電極とが相隣接するように一対のモデル部材を並べ、両電極間に跨ってリボン状銅箔（１００ｍｍ×１５ｍｍ、３８μｍ厚）からなる接続用導体を接続した。接続用導体は、導電性接着フィルム又ははんだ付けにより接続する。接続用導体の接続に用いる導電性接着フィルムは、エポキシ樹脂を主成分とし、導電性粒子としてＮｉ粒子を高充填で配合した。また、導電性接着フィルムは、Ｎｉ粒子の凝集体を作成することでフィルム表面から露出させたもの、及びＮｉ粒子の表面露出がないものを用意した。
実施例１では、幅広の接続用導体と厚さ１５μｍの導電性接着フィルムとが積層された積層体（ＤＴ１００シリーズ：ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）を、一対のモデル部材の両電極に、一側縁部及び他側縁部に沿って、接続した。実施例１に係る積層体は、導電性接着フィルムの表面に導電性粒子が露出している。また、実施例１では、積層体を配置後、モデル部材の表裏面にＥＶＡのシートが積層され、無電極面側に設けられたカバーガラス及び電極形成面側に設けられたバックシートとともに、ラミネーターによって一括してラミネートすることにより、積層体を面接続した。ラミネート条件は、１６０℃、３０分である。また、実施例１の一対のモデル部材の両電極への接続用導体の接続幅Ｗは、それぞれ１ｍｍである。
実施例２では、各電極への接続用導体の接続幅Ｗを、それぞれ２ｍｍとした以外は実施例１と同様の構成とした。
実施例３では、各電極への接続用導体の接続幅Ｗを、それぞれ３ｍｍとした以外は実施例１と同様の構成とした。
実施例４では、各電極への接続用導体の接続幅Ｗを、それぞれ５ｍｍとした以外は実施例１と同様の構成とした。
実施例５では、厚さ１５μｍの導電性接着フィルム（ＳＰ１００シリーズ：ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社製）を一対のモデル部材の両電極へそれぞれ仮貼りした後、両導電性接着フィルム上に接続用導体を配置して、バインダーが熱硬化する所定の温度、圧力、時間にて本圧着することにより、導電性接着フィルムを熱硬化させ、接続用導体を面接続した。その後、モデル部材の表裏面にＥＶＡのシートが積層され、無電極面側に設けられたカバーガラス及び電極形成面側に設けられたバックシートとともに、ラミネーターによってラミネート封止した。なお、導電性接着フィルムは、Ｎｉ粒子は表面露出していない。また、実施例５の一対のモデル部材の両電極への接続用導体の接続幅Ｗは、それぞれ２ｍｍである。
比較例１では、従来と同様に、細線状のＣｕ箔線（５ｍｍ×２０ｍｍ、２５０μｍ厚）にはんだめっき（Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ、２０μｍ）を施したタブ線を使用した。このタブ線を用いて、その長手方向を一対のモデル部材の両電極間に渡し、両端部を加熱することにより接続した（図９参照）。その後、モデル部材の両面にＥＶＡのシートが積層され、無電極面側に設けられたカバーガラス及び電極形成面側に設けられたバックシートとともに、ラミネーターによってラミネートした。
比較例２では、一対のモデル部材の両電極への接続用導体の接続幅Ｗを、それぞれ１０ｍｍとした以外は実施例１と同様の構成とした。
比較例３は、接着剤として、幅広の接続用導体と導電性粒子が含有されていない厚さ１５μｍの絶縁性接着フィルム（実施例１の導電性接着フィルムから導電性粒子を抜いた組成）とが積層された積層体を、一対のモデル部材の両電極に一側縁部及び他側縁部に沿って、面接続した。そして、比較例３では、積層体を配置後、モデル部材の両面にＥＶＡのシートが積層され、無電極面側に設けられたカバーガラス及び電極形成面側に設けられたバックシートとともに、ラミネーターによって一括してラミネートすることにより、積層体を接続した。また、比較例３の一対のモデル部材の各電極への接続用導体の接続幅Ｗは、それぞれ２ｍｍである。
比較例４は、ラミネーターによって一括してラミネートすることにより導電性接着フィルム及び接続用導体を各電極に接続した以外は、実施例５と同様の構成とした。
上記各実施例及び比較例に係るモデル部材の両面にＥＶＡからなる封止材をラミネートした後の積層体について、デジタルマルチメータを用いた４端子法にて電流１Ａを流した際の接続抵抗（ｍΩ）を、前記積層体の作成初期及びＴＣテスト後（９０℃⇔−４０℃、４００サイクル）において測定し、接続用導体及びタブ線の接続信頼性を求めた。
また、各実施例及び比較例に係るモデル部材について、接続用導体の各電極への接続幅Ｗから、太陽電池の５インチセル表面において、ｐ型電極及びｐ型電極集電部と、ｎ型電極及びｎ型電極集電部を形成した場合に相当する、発電に寄与する有効面積と、発電に寄与しない面積とを割り出し、有効面積のロス率（％）を求めた。
接続信頼性試験では、初期からＴＣテスト後における接続抵抗の上昇が、１０ｍΩ未満を○、１０〜１５ｍΩを△、１５ｍΩを超えるものを×とした。また、有効面積のロス率は、６％未満を○、６〜１０％を△、１０％を超えるものを×とした。測定結果を表１に示す。
表１に示すように、実施例１〜５では、接続用導体が一対のモデル部材の各電極に面接続されるとともに、その接続幅Ｗが１〜５ｍｍとされているため、接続信頼性試験における接続抵抗の上昇も１０ｍΩ未満となり、かつ有効面積のロス率も最大８％と良好であった。
一方、比較例１では、はんだ接続によりタブ線を接続しているため、タブ線と一対のモデル部材の各電極との接続点に生じる内部応力によって、各電極とタブ線との間の初期の接続抵抗が高く、ＴＣ試験によりさらに上昇し接続信頼性に欠けることがわかる。また、電極に一部クラックも確認された。
また、比較例２では、接続用導体が一対のモデル部材の各電極に面接続され、その接続幅Ｗを１０ｍｍと大きくとっていることから、接続信頼性は良好であったが、各電極における接続用導体との接続幅Ｗを１０ｍｍとしたことから、５インチセルにおける有効面積のロス率が１６％と大きくなってしまった。
比較例３では、絶縁性接着フィルムを用いたため、一対のモデル部材の各電極と接続用導体との間の初期の接続抵抗が高く、ＴＣ試験によりさらに上昇し接続信頼性に欠けた。これにより、導電性粒子を含有する導電性接着フィルムを用いることが有効であることが分かる。
比較例４では、導電性接着フィルムにおいて、Ｎｉ粒子の表面露出が無いため、ラミネート一括圧着では圧力が足りず、一対のモデル部材の各電極と接続用導体との間の初期の接続抵抗が高く、ＴＣ試験によりさらに上昇し接続信頼性に欠けた。これにより、Ｎｉ粒子の表面露出が無い導電性接着フィルムを用いて接続用導体を接続する場合は、加熱ボンダーを用いて熱加圧することが有効であることが分かる。
１ 太陽電池モジュール、２ 太陽電池セル、２ａ 一側縁部、２ｂ 他側縁部、３ 接続用導体、４ ストリングス、５ マトリクス、６ シート、７ 表面カバー、８ バックシート、９ 金属フレーム、１０ 光電変換素子、１１ ｐ型電極、１１ａ 一端、１２ ｎ型電極、１２ａ 一端、１３ ｐ型電極集電部、１４ ｎ型電極集電部、１５ 積層体、１７ 導電性接着フィルム、１８ バインダー樹脂、１９ 導電性粒子、２１ リール
Claims (6)
- ｐ型電極及びｎ型電極がセルの一面に交互に並設された複数の太陽電池セルと、
幅方向の一方側が一の上記太陽電池セルの上記ｐ型電極の一端と接続され、幅方向の他方側が上記一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの上記ｎ型電極の一端と接続され、上記一の太陽電池セルの上記ｐ型電極と上記他の太陽電池セルの上記ｎ型電極とを導通させる接続用導体と、
予め上記接続用導体に積層され、上記接続用導体を、長手方向に亘って上記ｐ型電極及び上記ｎ型電極に接続し、上記接続用導体との接着面と反対側の表面から導電性粒子が露出している接着剤層とを有する太陽電池モジュール。 - ｐ型電極及びｎ型電極がセルの一面に交互に並設されるとともに、上記ｐ型電極の一端と接続するｐ型電極集電部が一側縁部に沿って設けられ、上記ｎ型電極の一端と接続するｎ型電極集電部が他側縁部に沿って設けられた複数の太陽電池セルと、
幅方向の一方側が長手方向に亘って一の上記太陽電池セルの上記ｐ型電極集電部と接続され、幅方向の他方側が長手方向に沿って上記一の太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルの上記ｎ型電極集電部と接続され、上記一の太陽電池セルの上記ｐ型電極集電部と上記他の太陽電池セルの上記ｎ型電極集電部とを導通させる接続用導体と、
上記接続用導体を、長手方向に亘って上記ｐ型電極集電部及び上記ｎ型電極集電部に面接続する接着剤層とを有し、
上記接続用導体は、上記ｐ型電極集電部及びｎ型電極集電部の全長の９０％以上に亘って面接続され、上記ｐ型電極集電部及びｎ型電極集電部と接続する接続幅が１〜５ｍｍであり、
上記接着剤層は、予め上記接続用導体に積層され、上記接続用導体との接着面と反対側の表面から導電性粒子が露出している太陽電池モジュール。 - ｐ型電極及びｎ型電極がセルの一面に交互に並設された複数の太陽電池セルを、一の太陽電池セルの一側縁部と、他の太陽電池セルの他側縁部とが隣接するように配列し、
上記一の太陽電池セルの上記ｐ型電極と上記他の太陽電池セルの上記ｎ型電極とを導通させる接続用導体を、予め該接続用導体に積層され該接続用導体との接着面と反対側の表面から導電性粒子が露出している接着剤層を介して、該接続用導体の幅方向の一方側を長手方向に亘って上記ｐ型電極の端部に配置し、上記接続用導体の幅方向の他方側を長手方向に亘って上記ｎ型電極の端部に配置し、
上記接続用導体を、長手方向に亘って上記ｐ型電極及び上記ｎ型電極に接続する太陽電池モジュールの製造方法。 - ｐ型電極及びｎ型電極がセルの一面に交互に並設された複数の太陽電池セルを、一の太陽電池セルの一側縁部に沿って設けられ上記ｐ型電極の一端と接続するｐ型電極集電部と、他の太陽電池セルの他側縁部に沿って設けられ上記ｎ型電極の一端と接続するｎ型電極集電部とが隣接するように配列し、
上記一の太陽電池セルの上記ｐ型電極集電部と上記他の太陽電池セルの上記ｎ型電極集電部とを導通させる接続用導体を、接着剤層を介して、該接続用導体の幅方向の一方側を長手方向に亘って上記ｐ型電極集電部に配置し、上記接続用導体の幅方向の他方側を長手方向に亘って上記ｎ型電極集電部に配置し、
上記接続用導体を、上記ｐ型電極集電部及び上記ｎ型電極集電部の全長の９０％以上に亘って、接続幅が１〜５ｍｍで、面接続し、
上記接着剤層は、予め上記接続用導体に積層され、上記接続用導体との接着面と反対側の表面から導電性粒子が露出している太陽電池モジュールの製造方法。 - 上記接続用導体は、上記太陽電池セルのラミネートにより一括して上記ｐ型電極集電部及びｎ型電極集電部に圧着される請求項４記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 上記接続用導体と上記接着剤層とが予め一体に積層されている積層体を上記ｐ型電極集電部及び上記ｎ型電極集電部に配置する請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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