JP6011626B2 - Solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a solar cell element and a solar cell module.
結晶系シリコンなどの半導体基板の表面に金属ペーストを印刷して細線状の集電極が形成された太陽電池素子がよく知られている。例えば、特許文献1には集電極の抵抗を低減するために、金属ペーストの印刷を複数回繰り返して厚い集電極を形成する方法が示されている。
A solar cell element is well known in which a thin paste electrode is formed by printing a metal paste on the surface of a semiconductor substrate such as crystalline silicon. For example,
また、太陽電池モジュールとして、ガラス板と裏面封止材との間に太陽電池素子が透明な封止樹脂で封止された構造がよく知られている。典型的な封止方法は、ガラス板と裏面封止材である封止シートとの間に、相互に導線で電気接続した複数の太陽電池素子を挟み、ガラス板、封止シート間の隙間を加熱溶融したEVA(エチレン酢酸ビニル共重合樹脂)等の封止樹脂で埋める方法である。封止処理時の太陽電池素子の損傷を避けるために、たとえば特許文献2には太陽電池素子間の隙間に厚い封止樹脂シート片を配置して封止する方法が示されている。封止処理時の圧力が厚い封止樹脂シート片にかかり、直接太陽電池素子にかからないため、太陽電池素子の損傷が防止される。
As a solar cell module, a structure in which a solar cell element is sealed with a transparent sealing resin between a glass plate and a back surface sealing material is well known. A typical sealing method is to sandwich a plurality of solar cell elements that are electrically connected to each other with a conductive wire between a glass plate and a sealing sheet that is a back surface sealing material, and provide a gap between the glass plate and the sealing sheet. This is a method of filling with a sealing resin such as EVA (ethylene vinyl acetate copolymer resin) that is heated and melted. In order to avoid damage to the solar cell element during the sealing process, for example,
特許文献1のように集電極を厚く形成すると、半導体基板の表面から電極が突出するため集電極が何かの物体に衝突して破損する問題がある。また、衝突した際に集電極を介して半導体基板に局所的な力が加わって半導体基板がクラックを生じたり割れたりする問題があった。また、太陽電池モジュールの封止処理時においても、太陽電池素子の表面が硬いガラス板に接触し、電極が損傷したり、半導体基板にクラックが発生したりする問題があった。このような問題は特許文献2のような構成でも防ぐことが難しい。
When the collector electrode is formed thick as in
そこで、本発明は集電極の破損を防ぐことができ、半導体基板にクラックが発生しにくい太陽電池素子および太陽電池モジュールを実現することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to realize a solar cell element and a solar cell module that can prevent the collector electrode from being damaged and are unlikely to crack in the semiconductor substrate.
本発明の太陽電池モジュールは、光起電力を有する接合部を備えた半導体基板と、半導体基板の第1面に形成され、互いに平行に一定間隔で並んだ複数の集電極と、半導体基板の第1面の裏面となる第2面に形成された裏面電極と、それぞれの集電極に対向する位置に集電極を覆う凹部が形成され、凹部内に集電極と接続されて導通する第1導電部材を有し、集電極および第1面を覆うように配置され、かつ半導体基板の端部からはみ出した位置に第1接続領域を備えた透明樹脂板と、裏面電極に対向する位置に裏面電極を覆う凹部が形成され、凹部内に裏面電極と接続されて導通する第2導電部材を有し、裏面電極および第2面を覆うように配置され、かつ半導体基板の端部からはみ出した位置に第2接続領域を備えた裏面樹脂板と、を有する太陽電池素子を直列に接続して配列させた太陽電池モジュールであって、隣接する太陽電池素子の第1接続領域と第2接続領域とを重ねて配置して導電性の接続部を介し接続され、隣接する太陽電池素子間で一方の太陽電池素子の集電極と他方の太陽電池素子の裏面電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。 The solar cell module of the present invention includes a semiconductor substrate having a photovoltaic joint , a plurality of collector electrodes formed on the first surface of the semiconductor substrate and arranged in parallel with each other at a constant interval, and a first semiconductor substrate. A back electrode formed on the second surface, which is the back surface of one surface, and a concave portion that covers the collector electrode at a position facing each collector electrode, and is connected to the collector electrode in the recess and is electrically connected A transparent resin plate having a first connection region at a position protruding from the end of the semiconductor substrate, and a back electrode at a position facing the back electrode. A concave portion is formed, and a second conductive member that is connected to and conductively connected to the back electrode is formed in the concave portion. The second conductive member is disposed so as to cover the back electrode and the second surface, and is located at a position protruding from the end of the semiconductor substrate. A back surface resin plate having two connection areas; Solar cell modules in which solar cell elements connected in series are arranged in series, and the first connection region and the second connection region of adjacent solar cell elements are overlapped and connected via a conductive connection part The collector electrode of one solar cell element and the back electrode of the other solar cell element are electrically connected between adjacent solar cell elements.
本発明の太陽電池モジュールに係わる太陽電池素子は、表面に集電極が形成された半導体基板と、透明な接着剤により前記集電極と前記半導体基板の表面とを覆うように接着された透明樹脂板とを有し、該透明樹脂板は前記集電極に対向する位置に凹部が形成されているので、集電極の破損を防ぐことができる。また、接着された透明樹脂板が半導体基板を機械的に補強するので半導体基板にクラックが発生しにくい。 The solar cell element according to the solar cell module of the present invention includes a semiconductor substrate having a collector electrode formed on the surface thereof, and a transparent resin plate bonded with a transparent adhesive so as to cover the collector electrode and the surface of the semiconductor substrate. Since the concave portion is formed in the transparent resin plate at a position facing the collector electrode, the collector electrode can be prevented from being damaged. Moreover, since the bonded transparent resin plate mechanically reinforces the semiconductor substrate, cracks are unlikely to occur in the semiconductor substrate.
本発明の太陽電池モジュールによれば、上記の太陽電池素子がガラス板と封止材との間で透明な封止樹脂により固定された太陽電池モジュールであって、前記透明樹脂板は前記半導体基板よりも前記ガラス板側に配置されているので、封止時に流動性が高い封止樹脂を用いても集電極が直接ガラス板に接することがなく、集電極の破損を防ぐことができ、半導体基板にクラックが発生しにくい。 According to the solar cell module of the present invention, the solar cell element is a solar cell module fixed with a transparent sealing resin between a glass plate and a sealing material, and the transparent resin plate is the semiconductor substrate. Since it is arranged closer to the glass plate than the collector electrode, the collector electrode is not in direct contact with the glass plate even when a sealing resin having high fluidity is used for sealing, and the collector electrode can be prevented from being damaged. Cracks are unlikely to occur on the substrate.
以下に、本発明の太陽電池素子および太陽電池モジュールの実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図において構成要素に符号を付し、同じ符号を付した構成要素に関して説明は省略するものとする。 Embodiments of a solar cell element and a solar cell module of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the figure, components are denoted by reference numerals, and description of the components denoted by the same reference numerals is omitted.
実施の形態1.
図1は本実施の形態1の太陽電池モジュールの構造の例を示す上面図である。図1は太陽光の受光面側である表(おもて)側から見た図である。図2は本実施の形態1の太陽電池モジュールの構造を示す断面図であり、図1の点線A−B間の断面である。この太陽電池モジュールはガラス板11と封止材12との間に太陽電池素子30が封止樹脂16により封止された太陽電池モジュール100である。太陽電池素子30は表側の表面と裏側の表面とに集電極を備え、配列されて隣り合う太陽電池素子30の電極間はインターコネクタ21で直列接続されている。なお、図1は12個の太陽電池素子30を直列接続した図であるが、個数および配置は任意に変更可能であり、並列接続を組み合わせてもよい。また、図には示さないが、太陽電池モジュール100の裏面側に電力を取り出すためのリード線が直列接続した両端に接続される。
FIG. 1 is a top view showing an example of the structure of the solar cell module according to the first embodiment. FIG. 1 is a view seen from the front (front) side which is the light receiving surface side of sunlight. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the solar cell module according to
ガラス板11は例えば、ソーダ石灰ガラスなどの材料を用いることができる。屋外で使用する太陽電池モジュールでは、ガラス板11として熱強化または化学強化したものを用いるとよい。ガラス板11のサイズは太陽電池素子30の数により種々に変更可能であるが、典型的な厚みは0.5〜3mmなどである。封止材12は水分の侵入などにより太陽電池素子が劣化しないように透湿性の低いフィルム、または表側と同様なガラス板を用いる。太陽電池素子30およびそれらの隙間を通過した光を太陽電池素子30側に反射させるために、封止材12として白色や金属色の光反射性の材料を用いてもよい。封止樹脂16は透明なEVA、またはシリコーン樹脂などを用いることができる。インターコネクタ21は、たとえば、はんだで被覆した銅線などを用いることができる。
The
図3は本実施の形態1の太陽電池素子30を表側から見た斜視図である。この図は、太陽電池素子30にインターコネクタ21を接続した図を示している。太陽電池素子30は表側集電極2が形成された半導体基板1と、表側集電極2および表側集電極2が形成されていない半導体基板1の表面を覆うように接着された透明樹脂板5とを有している。透明樹脂板5は透明な接着剤によって半導体基板1上に接着される。表側集電極2は連続した細線状であるが、図では表側集電極2は透明樹脂板5で覆われているため、点線で示している。太陽電池モジュールにおいて透明樹脂板5は半導体基板よりも前記ガラス板側に配置される。
FIG. 3 is a perspective view of the
透明樹脂板5は半導体基板1と同程度の面積を有して半導体基板1の概ね全面を覆う。
透明樹脂板5の外形状は概ね半導体基板1に沿う形状とされることが望ましい。透明樹脂板5は半導体基板1からはみ出してもよいが、太陽電池モジュール100に用いたときに太陽電池素子30の透明樹脂板5が隣接する太陽電池素子30の半導体基板1に重ならないように、はみ出し量は小さな値とすることがのぞましい。また、図のように、インターコネクタ21が接続される領域は透明樹脂板5が形成されないようにしてもよい。インターコネクタ21が半導体基板1の表面を分断するように接続する場合には、透明樹脂板5を複数に分割してもよい。The
It is desirable that the outer shape of the
透明樹脂板5には表側集電極2に対向する位置に凹部5hが形成されている。表側集電極2は受光面側である表面に形成されるため、半導体基板1に入射する光をできるだけ遮らないように細線のパターンに形成される。表側集電極2は金属ペーストのスクリーン印刷などで形成されて、半導体基板1の表面から突出する。凹部5hはその突出した表側集電極2を覆うような形状に形成される。つまり、透明樹脂板5には半導体基板1の表面に面する側に表側集電極2とほぼ同じ形状の溝が形成されて、表側集電極2が凹部5h内に位置するように互いに組み合わされる関係にある。この透明樹脂板5の厚みはインターコネクタ21よりも薄くてもよいが、同等以上とするとよい。また、透明樹脂板5の厚みを半導体基板1よりも厚くしてもよい。
A
半導体基板1は、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶シリコン、化合物半導体等からなる薄い半導体基板である。結晶シリコンの場合、典型的な基板サイズは10〜15cm角の略正方形、厚みは0.1〜0.3mmなどである。
The
図4は本実施の形態1の太陽電池素子30がガラス板11と裏面側を封止材12との間に挟まれた太陽電池モジュール100の部分断面図であり、表側集電極2を横切る断面を示している。太陽電池素子30は表側をガラス板11、裏側を封止材12により挟まれて、透明な封止樹脂16a、16bで覆われて固定されている。なお、封止樹脂16aと封止樹脂16bとは封止樹脂16(図2参照)の表側部分と裏側部分である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the
半導体基板1の表側または裏側に半導体基板1と逆導電型の不純物を含む半導体層が形成されている。また、その逆の面には半導体基板1と同じ導電型の不純物を含む半導体層が形成されている。それらの半導体層の上にそれぞれ電極が形成されて電流が取り出される。表側集電極2はそのような電極として太陽電池素子30の主な受光面である表側の表面に形成された細線状の電極である。表側集電極2は半導体基板面内で発生した電流を収集してインターコネクタ21へ導く電極である。表側集電極2は、図のように直線状に伸びた細線が間隔をあけて平行に並んだグリッド状のパターンとすると良いが、網の目状または樹枝状としてもよい。表側集電極2は、その形状からグリッド電極、フィンガー電極とも呼ばれることがある。
A semiconductor layer containing impurities having a conductivity type opposite to that of the
太陽電池素子30の半導体基板1は図のように表側に反射防止用の微細な凹凸が形成されている。図では半導体基板1の裏側を平坦としたが、裏側に微細な凹凸を形成してもよく、また両側を平坦としてもよい。
As shown in the figure, the
表側集電極2は半導体基板1の表側の表面に銀または銅などの金属微粒子と樹脂を混合した金属ペーストを印刷して、加熱して焼き付けることで形成される。このようにして形成された表側集電極2は半導体基板1の主面よりも突出する。表側集電極2の幅が広くなると受光面積が縮小し、厚みが薄いと断面積が小さくなり電気抵抗増加により損失が増加する。このため、表側集電極2は幅が狭く、厚みを厚くすることによって高さが高くなった断面形状のものが望ましい。典型的な表側集電極2は幅0.04〜0.1mmで高さが0.02〜0.05mmなどであり、隣り合う表側集電極2間の間隔は1〜4mmである。表側集電極2と半導体基板1との間に透明導電膜を形成してもよい。
The front-
半導体基板1の裏側には裏側集電極3が形成されている。裏側集電極3は表側集電極2とは正負が逆の電極である。表側集電極2と同様に金属ペーストの印刷等で形成することができ、蒸着法、スパッタ法などの成膜技術、めっき法などで形成することもできる。図では裏側集電極3の形状として裏面全面に形成されたものを示したが、受光面側と同様に細線からなるパターン形状としてもよい。
A back
透明樹脂板5は表側集電極2が形成されていない領域の半導体基板1の表面と表側集電極2とを覆うように透明な接着剤9によって接着されている。透明樹脂板5には表側集電極2に対向する位置に凹部5hが形成されているが、凹部5hの間の全部または大半が平坦な面である。半導体基板1の表側表面の微細な凹凸の高さは数μm程度であり、表側集電極2の高さから見れば十分に小さい。このため、半導体基板1の表側表面は概ね平坦な面である。また、凹部5h間の透明樹脂板5の表面は平坦である。従って、透明樹脂板5と半導体基板1とはこれらの比較的平坦な面どうしで薄い接着剤9の層により接着されている。接着剤9の厚みは表側集電極2の高さよりも薄い。半導体基板1の表面に微細な凹凸がある場合は、その凹凸を平坦に埋める程度の厚みとすればよい。このような構成としたため、透明樹脂板5と半導体基板1とが平坦な面どうしで薄い接着剤9により強固に接着される。
The
また、透明樹脂板5の凹部5hの開口部の幅は表側集電極2の幅よりも広くされている。またその凹部5hの深さも表側集電極2に高さと同等以上とすると良い。このようにすると、表側集電極2と凹部5hとの間に隙間ができ、この隙間に接着剤9が入りこむ構造となる。なお、図では表側集電極2と凹部5hとが接触しない場合を示したが、部分的に接触していてもよい。
Further, the width of the opening of the
透明樹脂板5の材料は主な受光面である表側に設置されるため、透明度が高い材料が望ましい。また、封止樹脂16に比べて耐熱温度が高い材料が望ましい。なお、この耐熱温度は形状を保持できる温度であり、たとえば、荷重たわみ温度、ビカット軟化温度、ガラス転位温度などを耐熱温度と考えることができる。たとえば典型的な封止樹脂16としてEVAを考えると、その荷重たわみ温度(0.45MPa)は30℃程度であるので、荷重たわみ温度が約70℃のPET(ポリエチレンテレフタレート)、約110℃のPEN(ポリエチレンナフタレート)、120〜150℃のCOP(シクロオレフィンポリマー)などを透明樹脂板5の材料として用いることができる。このように荷重たわみ温度が封止樹脂16の荷重たわみ温度よりも40℃以上高い材料であることが望ましい。
Since the material of the
また、透明樹脂板5の材料は封止樹脂16および接着剤9と光学屈折率差が小さい材料が望ましい。たとえば、封止樹脂16、接着剤9、透明樹脂板5の光学屈折率(nD)のうち、最大値と最小値との差が、それらの平均値の10%以下とするとよく、5%以下とするとさらによい。封止樹脂16または接着剤9と透明樹脂板5との間の光学屈折率を小さくすることで、それらの界面での反射を小さく抑えることができる。たとえば、封止樹脂16または接着剤9として用いることのできる典型的な材料であるEVAでは屈折率(nD)が約1.49、PVC(ポリビニルブチラール)では約1.52、シリコーン樹脂では約1.51である。透明樹脂板5として用いるのに適した典型的な材料であるPET、PENで約1.58〜1.60であり、COPでは約1.53などである。これらの材料を組み合わせることにより、界面の反射を低く抑えることができる。特に、上記の封止樹脂16、接着剤9の材料を用いる場合は、透明樹脂板5としてCOPを用いると界面の反射を最も小さくすることができるので望ましい。
The material of the
透明樹脂板5の凹部5hはこれらの材料をシート状に加工する際に形成してもよいし、シート状にした後に溝加工によって形成してもよい。溝加工としては超音波加工、レーザー加工などを用いることができる。図では凹部5hをU字型の断面の溝形状としたが、V字型としてもよい。
The
接着剤9の材料は、透明であり、かつ、封止樹脂16を硬化する処理温度でも透明樹脂板5と半導体基板1との接着を保持できる材料である。このような材料として、たとえば、シリコーン樹脂、封止樹脂16の硬化より前にあらかじめ硬化処理されたEVA、などを用いることができる。特に熱硬化型のシリコーン樹脂は封止樹脂16を硬化する際の加熱でも変形が少ないので良い。
The material of the adhesive 9 is a material that is transparent and can maintain adhesion between the
次に本実施の形態1の太陽電池モジュールの製造方法について、単結晶シリコン基板を用いた場合を例に説明する。図5〜図9は太陽電池素子30の製造方法を説明する部分断面図であり、図10〜12は太陽電池素子30を用いた太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分側面図である。
Next, the method for manufacturing the solar cell module according to the first embodiment will be described using a single crystal silicon substrate as an example. 5 to 9 are partial cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the
まず、図5のように半導体基板1として単結晶シリコン基板を用意する。単結晶シリコン基板の表側の表面1aにアルカリ性のエッチング液により微細な凹凸形状(テクスチャ)を形成する。表側の表面1aにのみ凹凸を形成して裏側の表面1bを平坦に保つには、表側の表面1aのみにエッチング液を接触させる処理、または裏側に保護膜を形成した状態で半導体基板1をエッチングする処理を行う。
First, a single crystal silicon substrate is prepared as the
次に、図6のように表側の表面1aの上に単結晶シリコン基板と逆導電型の半導体層31を形成する。これによって半導体接合ができる。裏側の表面1bには単結晶シリコン基板と同導電型の半導体層32を形成する。半導体層31、32を非晶質半導体としてもよい。非晶質半導体の半導体層31、32はシリコン形成用の原料ガスであるSiH4ガスに、B2H5、PH3などの不純物を添加するCVD(化学気相成長)法を用いて形成することができる。その場合、これらの半導体層31、32の厚みは数〜20nm程度とするとよい。また、不純物を添加した半導体層31および半導体層32の下に数nm程度の厚みで不純物の添加がほとんどない真性の半導体層を形成すると、高効率の太陽電池が得られる。なお、上記は半導体接合を単結晶半導体と非晶質半導体とからなるヘテロ接合型とした場合であるが、半導体基板1中に不純物を熱拡散してホモ接合型としてもよい。また、裏側の半導体層32を単結晶シリコン基板と逆導電型として、表側の半導体層31を単結晶シリコン基板と同導電型としてもよい。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、図7のように表側の半導体層31の上に反射防止膜33を形成する。反射防止膜9は、接着剤9の光学屈折率と半導体基板1の光学屈折率との間の光学屈折率を有する材料を用いると良い。たとえば、太陽光スペクトルのピーク波長に近い500nmにおいて、樹脂からなる接着剤9の光学屈折率が約1.5、半導体層7の光学屈折率が約4である場合、光学屈折率が1.8〜2.5の透明な金属酸化膜、窒化膜を用いるとよい。ヘテロ接合型の場合、半導体層31の厚みが非常に薄く、面内の電気伝導性が低いために、反射防止膜33を、In2O3、SnO2、ZnOなどの透明導電材料で形成すると集電抵抗が低下するので良い。熱拡散により比較的厚い半導体層31を形成した場合はシリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜などを用いてもよい。これらの膜はCVD法、蒸着法、スパッタ法などで形成することができる。反射防止膜9の膜厚は干渉効果により太陽光スペクトルのピーク波長で反射率が低下する膜厚とすることがのぞましい。
Next, an
次に、図8のように表側の反射防止膜33の表面に表側集電極2を、また、裏側に裏側集電極3を形成する。これらの電極の製造方法は、量産性、製造コストの点で金属ペーストをスクリーン印刷する方法がよい。表側集電極2の幅を狭くしながらその高さを高くする方法として、同じパターンで繰り返して重ねるようにスクリーン印刷する方法を用いてもよい。半導体層31または半導体層32が非晶質シリコンのヘテロ接合型では、高温熱処理で半導体層31または半導体層32が結晶化するため、スクリーン印刷後の焼成温度は200℃以下とすることが望ましい。反射防止膜33が絶縁性などの場合は表側集電極2と半導体層31との電気的接触が実現するように表側集電極2の下の反射防止膜33に貫通孔を開けるようにすると良い。熱拡散により半導体層31を形成したホモ接合型の場合は、金属ペーストを高温焼成することによってその下部の反射防止膜33に貫通孔を開ける方法を用いてもよい。なお、図では裏側の半導体層32の上に直接に裏側集電極3を形成しているが、半導体層32と裏側集電極3との間に透明導電膜を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 8, the front-
次に、図9のように半導体基板1の表側に透明樹脂板5を接着する。表側集電極2のパターン形状に合わせて凹部5hが形成された透明樹脂板5を準備する。半導体基板1の表側表面または透明樹脂板5の凹部5hが形成された面に液状の接着剤9を塗布した後、表側集電極2と凹部5hとを位置合わせして貼りあわせ、加熱などにより接着剤9を硬化する。なお、図は半導体基板1と透明樹脂板5との間に接着剤9が完全に充填された構造であり、信頼性の点で最も好ましいが、接着剤9が部分的に半導体基板1の上と透明樹脂板5とを接着した構造であってもよい。部分的な接着によって半導体基板1と透明樹脂板5との間に残る隙間は後の工程で封止樹脂16によって埋められる。また、半導体基板1の上にはインターコネクタ21が接続される電極パターンが存在するが、透明樹脂板5はインターコネクタ21が接続される領域を除いて接着される。以上の手順で太陽電池素子30が完成する。
Next, the
次に、複数の太陽電池素子30を用いて太陽電池モジュールを製造する。図10のように太陽電池素子30どうしをインターコネクタ21で接続する。インターコネクタ21の接続には、低融点の半田などを用いる。なお、図はインターコネクタ21の厚みと透明樹脂板5の厚みが概ね同一の場合に側面から見た図を示している。
Next, a solar cell module is manufactured using the plurality of
次に、図11のように、ガラス板11、封止樹脂シート20、インターコネクタ21で相互に接続した太陽電池素子30、封止樹脂シート20、封止材12を順に積み重ねて、真空中で加熱とともに押圧する封止処理を行う。封止樹脂シート20は封止樹脂16をシート状にしたものである。封止樹脂シート20は溶融して表側のガラス板11と裏側の封止材12の間の隙間を埋めて、太陽電池素子30を固定する。このようにして図12のような太陽電池モジュールが完成する。
Next, as shown in FIG. 11, the
本実施の形態1の太陽電池モジュールは、表側から透明なガラス板11に入った光は、透明な封止樹脂16a、透明な透明樹脂板5、透明な接着剤9を通過して半導体基板1に入り、発生したキャリアは内部の半導体接合により分離されて、表側集電極2、裏側集電極3から取り出される。
In the solar cell module according to the first embodiment, the light that enters the
上記のように、本実施の形態1の太陽電池素子30は少なくとも一方の表面に細線状の表側集電極2を有し、表側集電極2の形状に合わせた凹部5hが形成された透明樹脂板5が半導体基板1の表面に接着されている。透明樹脂板5は、その凹部5hが表側集電極2を覆うとともに、凹部5h間の表側集電極2の平坦な領域が表側集電極2間の半導体基板1の比較的平坦な表面上に接着されている。このため、本実施の形態1のように表側集電極2が半導体基板1の表面から突出た構造であっても、表側集電極2が何かに物体が衝突して破損することを抑制することができる。透明樹脂板5の表面に何かの物体が衝突した際に、衝突で発生した力は透明樹脂板5、接着剤9を経て平坦な部分に分散され、表側集電極2にほとんど及ばない。また、太陽電池素子30どうしを積み重ねて運搬しても表側集電極2が破損しにくいので、運搬が容易になる。また、透明樹脂板5が接着されているため半導体基板1が補強され、外部から衝撃を受けても半導体基板1にクラックが発生しにくい。特に透明樹脂板5の厚みを半導体基板1と同等以上とすることにより、強度が優れる。
As described above, the
また、半導体基板1と透明樹脂板5とは熱膨張率が異なるため、温度変化で表側集電極2が透明樹脂板5から応力を受ける可能性がある。本実施の形態1では凹部5hの開口部の幅を表側集電極2の幅よりも広くしたため、表側集電極2と透明樹脂板5との間に隙間があり、表側集電極2が透明樹脂板5から応力を受けにくい。従って、温度変化によって表側集電極2が破損する可能性も低い。特に、表側集電極2と透明樹脂板5との間に隙間を埋める樹脂をEVAやシリコーン樹脂などの柔軟な接着剤9とするとよい。また、凹部5hの開口部の幅を表側集電極2の幅よりも広くしたため、集電極を凹部内に入れるための位置合わせ精度を緩くできる。
Further, since the
また、太陽電池素子がガラス板に貼り付けて封止される太陽電池モジュールでは、上記のような封止処理工程において、封止樹脂16は軟化し、半導体基板1はインターコネクタ21との熱膨張率の違いなどにより反るため、半導体基板1の表面が硬いガラス板11に当たって、表側集電極2が破損する問題があった。特に、非晶質半導体を用いたヘテロ接合型の太陽電池素子30では金属ペーストの焼き付け温度を低く抑えねばならず、表側集電極2の下地との接着力が十分でなく破損しやすかった。しかし、本実施の形態1では、表側集電極2の上に透明樹脂板5が貼り付けられているため、半導体基板1が反ったとしてもガラス板11に表側集電極2が当たらない。また、透明樹脂板5の表側集電極2に対応する部分に凹部5hが形成され、透明樹脂板5と半導体基板1とは表側集電極2間の概ね平坦な部分どうして接着されているので、ガラス板11に当たった力は透明樹脂板5、接着剤9を経て平坦な部分に分散され、表側集電極2にほとんど及ばない。そのため、封止時に流動性が高い封止樹脂を用いても表側集電極2の破損を防ぐことができる。また、封止時に限らず、EVAのように常温でも柔らかい樹脂を封止樹脂16として用いた場合にも、使用中に表側集電極2はガラス板11に当たって破損することを防止することができる。
Moreover, in the solar cell module in which the solar cell element is attached to a glass plate and sealed, the sealing
また、半導体基板1の上にインターコネクタ21が固定されると、インターコネクタ21が半導体基板1の上に突出するため、これがガラス板11に当たって半導体基板1に局所的な力が加わり、半導体基板1が破損する問題があった。本実施の形態1では、インターコネクタ21の設置個所を避けて透明樹脂板5を接着したことにより、インターコネクタ21の突出する高さが透明樹脂板5の厚みの分だけ小さくなる。インターコネクタ21の突出する高さが小さくなるため、インターコネクタ21がガラス板11に接触した場合も局所的な応力がかかりにくく、半導体基板1が破損する可能性が大幅に減少する。特に透明樹脂板5の厚みがインターコネクタ21と同等以上とするとインターコネクタ21がガラス板11に接触しないのでさらによい。
Further, when the
実施の形態2.
図13は本実施の形態2の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態2の太陽電池モジュール200は半導体基板1の受光面側の構成は実施の形態1と同じだが、裏側も実施の形態1の表側と同様な構造を有している。つまり、集電極が半導体基板1の両面に形成され、透明樹脂板5が半導体基板1の両面に接着されている。半導体基板1の表側には透明樹脂板5aが接着剤9aにより接着され、半導体基板1の裏側にも透明樹脂板5bが接着剤9bにより接着されている。半導体基板1の裏側の裏側集電極3は細線パターンからなる形状であり、裏側の透明樹脂板5bにも裏側集電極3に対応する凹部5jが形成されている。
FIG. 13 is a partial cross-sectional view of the solar cell module according to the second embodiment. The
半導体基板1と透明樹脂板5a、5bとは熱膨張率が異なるため、表側と裏側との一方にのみ接着されていると、温度変化により発生する応力により全体が反る可能性がある。
しかし、本実施の形態2では表側と裏側とにそれぞれ透明樹脂板5a、5bが接着されているため、表側と裏側とで同様な応力が発生するため反りにくい。このため、温度変化による変形および破損を低減できる。また、裏面側の封止材12として、ガラスを使用してもよい。その場合、モジュール全体で受光面側と裏面側とがほぼ同じ材料からなる構成となり、さらに変形および破損を低減できる。また、裏面側の裏側集電極3が封止材12に当たって破損することが裏面側の透明樹脂板5によって防止できることは実施の形態1の受光面側と同様である。Since the
However, in the second embodiment, since the
なお、図では裏側集電極3を受光面側の表側集電極2と同様なパターンとしたが、幅、パターン、形成位置などが異なるようにしてもよい。裏面側から入射する光を利用する場合は封止材12、裏面側の透明樹脂板5および接着剤9を受光面側と同様な透明な材料を用いると良い。裏面側から入射する光を利用しない場合は、裏面側の透明樹脂板5および接着剤9は受光面側と異なる材料を用いてもよい。
In the figure, the back
実施の形態3.
図14は本実施の形態3の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態3の太陽電池モジュール300は実施の形態1と類似するが、透明樹脂板5にスリット5sが形成されている点が異なる。スリット5sは表側集電極2の間に設けるとよいが、表側集電極2と交差する方向に設けられていてもよい。スリット5sは、たとえば、幅50μmで面内方向の長さ数〜10mm程度のものが、断続的に形成されていると良い。断続的に形成されているため、透明樹脂板5はスリット5sによって完全に分断されておらず、半導体基板1の上に貼り付けやすい。スリット5sはレーザー加工、機械加工などで形成することができる。
FIG. 14 is a partial cross-sectional view of the solar cell module according to the third embodiment. The
このスリット5sには封止樹脂16aが充填される。半導体基板1と透明樹脂板5とは熱膨張率が異なるため、温度変化により貼りあわせた全体が反る可能性があるが、本実施の形態3ではスリット5sの部分が変形容易であり、その幅が伸縮することで発生する応力を緩和できる。このため、温度変化による変形および破損を低減できる。なお、上記では応力緩和の構造として厚み方向に貫通するスリット5sを設けたが、非貫通の溝、多数の貫通孔などを設けても類似の効果が得られる。
The
実施の形態4.
図15は本実施の形態4の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態4の太陽電池モジュール400は実施の形態1と類似するが、透明樹脂板5の形状が異なる。
本実施の形態4の透明樹脂板5は折り曲げにより凹部5hが形成されている。折り曲げの谷部が凹部5hとなり、ガラス板11側に折り曲げの山部ができる。また、表側集電極2間には折り曲げされていない平坦な部分がある。折り曲げ形状はプレス加工によって形成したり、透明樹脂板5の成型時に形成したりすることができる。Embodiment 4 FIG.
FIG. 15 is a partial cross-sectional view of the solar cell module according to the fourth embodiment. The
The
このような形状としたため、透明樹脂板5の凹部5hの作製が容易であり、実施の形態1と同様に表側集電極2を保護する効果がある。ガラス板11側に透明樹脂板5の折り曲げの山部が突出しているため、この山部がガラス板11に当たりやすいが、山部が当たっても折り曲げが広がる方向、すなわち凹部5hの開口部が広がる方向に変形するため、ガラス板11に当たることで発生した力は半導体基板1の平坦部分に分散し、表側集電極2には及びにくい。このため、十分に表側集電極2を保護する効果が得られる。
また、折り曲げ部分にはバネと同様に変形が容易であり、また変形しても復元しようとするので、実施の形態3のスリット5sを設けた場合と同様に温度変化で発生する応力を緩和することができる。上記では、透明樹脂板5の凹部5hをV字型の折り目状に形成したが、曲面からなる波形の形状としても同様な効果を得ることができる。Since it was set as such a shape, preparation of the recessed
Further, since the bent portion can be easily deformed similarly to the spring and is to be restored even when deformed, the stress generated by the temperature change is reduced as in the case where the
実施の形態5.
図16は本実施の形態5の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態5の太陽電池モジュール500は実施の形態1と類似するが、透明樹脂板5のガラス板11に面する側にも溝5vを有する点で異なる。溝5vは表側集電極2の直上となる位置にある。溝5v内には透明樹脂板5および封止樹脂16aに比べて光学屈折率の異なる透明材料13が設置されている。
FIG. 16 is a partial cross-sectional view of the solar cell module according to the fifth embodiment. The
溝5vは凹部5hと同様にレーザー加工で透明樹脂板5を削る方法などで作製することができる。透明材料13が挿入を挿入した後の工程は実施の形態1と同様である。
The
透明材料13の光学屈折率を透明樹脂板5および封止樹脂16aに比べて0.1以上低くすると良い。そのような透明材料13として、微細な気泡を含む樹脂、フッ素樹脂、ナノサイズの酸化ケイ素微粒子を含む材料などがある。これらの屈折率は1.2〜1.3程度であり、透明樹脂板5および封止樹脂16aに比べて屈折率は0.2〜0.3以上低い。また、窒素ガスなどの気体が封入された中空繊維を溝に挿入して、封入された気体を透明材料13としてもよい。その場合、透明材料13の屈折率さらに低く約1.0となる。
The optical refractive index of the
図17は本実施の形態5の太陽電池モジュールの光の入射経路の例を説明する断面図である。なお、以下ではV字の角度を60度として透明材料13が正三角柱の形状となったものとして説明する。図ではガラス板11、封止樹脂16a、接着剤9を省略した。ガラス板11に垂直に入射した光Lは溝5vの無い部分では封止樹脂16a、透明樹脂板5、接着剤9を順に経て半導体基板1に入射する。封止樹脂16a、透明樹脂板5、接着剤9には大きな屈折率差がないため、界面でほとんど反射は生じない。一方、図のように溝5vでは光Lは透明材料13に入射する。透明材料13と封止樹脂16aとの界面に屈折率差があるため、光Lの一部は反射されて入射側に戻る。透明材料13内に入った光は溝5vの底部が傾斜しているため、透明樹脂板5との界面で屈折する。この界面に対して光Lの入射角は約60度である。透明材料13の屈折率が1.0と低い場合、入射角60度で侵入した光は透明材料13と透明樹脂板5との境界において屈折角約35度で屈折し、透明樹脂板5の側へ抜け出て、その後、表側集電極2を経ることなく、半導体基板1に入射する。溝5vの形状、透明材料13の屈折率によって、屈折角は種々に変化するが、透明樹脂板5の厚みによって透明材料13と表側集電極2との間に表側集電極2の幅同等以上など十分な距離があるため、ガラス板11に垂直に入射した光は表側集電極2に入射することなく、半導体基板1に入射することができる。透明材料13がなければ表側集電極2に入射し反射された光が本実施の形態5の太陽電池モジュール500では半導体基板1に入射するため、発電電流が増加し、発電効率が向上する。なお、ガラス板11に対して傾斜して入射する光では表側集電極2に入射することがあるため、なるべく表側集電極2に入射しないように太陽電池モジュール500を太陽の動きに合わせて傾ける追尾装置上に積載してもよい。
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating an example of a light incident path of the solar cell module according to the fifth embodiment. In the following description, it is assumed that the V-shaped angle is 60 degrees and the
上記では透明材料13の光学屈折率を透明樹脂板5および封止樹脂16aに比べて低くしたが、0.1以上高くしてもよい。そのような透明材料13として、酸化チタン、酸化ジルコニウムなど高屈折率の無機材料のサブミクロンの微粒子を質量割合として50〜70%、透明な樹脂中に分散したものを用いることができる。このような材料を溝5v内に塗布、焼き付けすることで屈折率が1.8以上の透明材料13を得ることができる。
In the above, the optical refractive index of the
図18は本実施の形態5の太陽電池モジュールの光の入射経路の他の例を説明する断面図である。ガラス板11に垂直に入射した光Lは溝5vの無い部分では封止樹脂16a、透明樹脂板5、接着剤9を順に経て半導体基板1に入射する。封止樹脂16a、透明樹脂板5、接着剤9には大きな屈折率差がないため、界面でほとんど反射は生じない。一方、図のように溝5vでは光Lは透明材料13に入射する。透明材料13と封止樹脂16aとの界面に屈折率差があるため、光Lの一部は反射されて入射側に戻る。透明材料13の光学屈折率が1.8以上と高い場合、入射角60度で侵入した光は溝5vの一方の斜面である、透明材料13と透明樹脂板5との境界において全反射し、他方の斜面におおよそ垂直に入射する。そして他方の斜面である、透明材料13と透明樹脂板5との境界を通過した光Lは透明樹脂板5内を直進して表側集電極2に入ることなく半導体基板1に入射する。
従って、上記の透明材料13の光学屈折率が透明樹脂板5および封止樹脂16aに比べて低い場合と同様に高い場合でも発電効率が向上する。FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating another example of the light incident path of the solar cell module according to the fifth embodiment. The light L perpendicularly incident on the
Accordingly, the power generation efficiency is improved even when the optical refractive index of the
溝5vは底部がガラス板11の面および半導体基板1の主面に対して傾斜しており、その内部に設置された透明材料13の光学屈折率が透明樹脂板5および封止樹脂16aと異なるので、透明材料13に入射した光Lはその光路が直進しない。このように光路を変更させる構造が表側集電極2の直上にあるので、光Lが表側集電極2に入射せず、半導体基板1に入射して発電効率が向上する。
The bottom of the
上記では溝5vの形状をV字型の溝形状として、透明材料13を三角柱の形状、特にほぼ正三角柱の形状としたので、製造が簡単で、かつ斜面の傾きを大きくできるので光の経路変更の効果が大きい。溝5vの形状として、V字型の溝形状のかわりに、U字型、W字型などの溝としても類似の効果が得られる。底部を曲面として集光や拡散光のレンズとなるようにしてもよい。溝5vの幅は表側集電極2の幅と同程度とすることが好ましいが、表側集電極2の幅の2〜3倍と広くしても、溝5v間に十分な広さで平坦な面があればよい。
In the above, the shape of the
実施の形態6.
図19は本実施の形態6の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態6の太陽電池モジュール600は実施の形態2と類似するが、太陽電池素子30の透明樹脂板5a、5bの凹部5h、5j内に導電材料61a、61bが設置されている点が異なる。
表側集電極2および裏側集電極3は細線パターンの形状であり、それぞれに対応する凹部5h、5jは細線パターンに沿った溝として形成されている。導電材料61a、61bは凹部5h、5jの底部に形成され、凹部5h、5jを完全に埋めていない。このため、導電材料61a、61bが形成された凹部5h、5jは透明樹脂板5a、5bの主面に対してへこんだ部分であり、半導体基板1の主面から突出した表側集電極2および裏側集電極3が挿入される部分である。また、導電材料61a、61bはそれぞれに対応する凹部5h、5j内で表側集電極2および裏側集電極3と接触している。細線パターンの長手方向全長にわたって各電極と各導電材料とが接触することが最も望ましいが、部分的であってもよい。導電材料61a、61bは金属ペーストの塗布、金属めっきなどの方法で形成される。導電材料61a、61bの材料として、銀、銅、ニッケル、クロム、またはこれらの合金など、金属材料とするとよい。表側集電極2、裏側集電極3と導電材料61a、61bとの電気的接続に、例えば、ナノサイズの金属粒子を含む導電性材料を用いてもよい。Embodiment 6 FIG.
FIG. 19 is a partial cross-sectional view of the solar cell module according to the sixth embodiment. The
The front-
図20は本実施の形態6の太陽電池素子30の半導体基板1とその上の表側集電極2を示した上面図である。太陽電池素子は矩形の半導体基板1と、その半導体基板1の上に直線状の細線が平行に一定間隔で並んだ細線パターンの形状を有する表側集電極2とを備える。表側集電極2の伸びる方向は半導体基板1の矩形の短辺方向と平行である。図では半導体基板1の端部まで表側集電極2が形成されていないが、端部まで形成されていてもよい。なお、図は上面のみ示したが、反対側の面の裏側集電極3の形状も表側集電極2と同様である。
FIG. 20 is a top view showing the
図21は本実施の形態6の太陽電池素子30の透明樹脂板5aを示した上面図である。透明樹脂板5aは半導体基板1よりサイズが少し大きい矩形であり、表側集電極2のパターンにあわせた凹部5hが形成されている。凹部5h内の底部には導電材料61aが形成されている。本実施の形態は、半導体基板1の表面に図3に示すようなインターコネクタが存在せず、グリッド形状の集電極2が形成されているのみである。インターコネクタが存在しないため、インターコネクタによって遮光されることがないため、利用可能な光量が増大して発電に寄与することが出来る。その反面、グリッド状の集電極2は一方の端から他方の端まで電流を流す必要があることから、集電極2における電圧降下が大きくなるおそれがある。例えば、図3と比較した通電時の電気抵抗はおよそ4倍になっており、電力に関して導通損失の増大を防ぐために、集電極2の配線抵抗をより低くする必要がある。そこで、本実施の形態では、凹部5h、5jにおける、集電極2と透明樹脂板5a、5bの間に、導電材料61a、61bを挿入して、集電極2周囲の導電性を高めている。
以下、導電材料61a、61bを用いる構造について述べる。例えば、集電極2の幅は75um程度、高さは35um程度とする。2本のインターコネクタが存在するときと同等の抵抗を維持するためには、集電極2と凹部5hを埋めて形成される導電部の断面積を4倍程度にする必要がある。これを満たすために、例えば、導電材料61a、61bとして、集電極2と同じ抵抗率を有している場合は集電極2と同じ幅で凹部5h、5j内に鉛直方向に105um程度の厚みを有する金属層を形成すればよい。この場合の幅は、凹部5h、5jに沿った実効的な値である。すなわち、断面積が集電極2の3倍であればよい。このとき、あらかじめ凹部は基板と垂直な方向に集電極2と導電材料61a、61bが収まる深さに設定される。
導電材料61a、61bが形成された凹部5h、5jと集電極2との接合は、実施の形態1と同様に半導体基板1の表側表面または透明樹脂板5に液状の接着剤9を塗布した後、集電極2と凹部5h、5jとを位置合わせして貼りあわせ、接着剤9とともに加熱などによって硬化させることにより形成する。その後、モジュール化に伴い150℃程度の熱工程を伴う太陽電池素子の真空封止加熱の際に、実質的に再度熱圧着させることで導電材料61a、61bと集電極2との接合を図ることが可能になる。真空封止時の加熱温度は高温による太陽電池特性の低下を起こさないために150℃程度とすることが望ましい。したがって集電極2と上の凹部5h、5jを埋める導電材料61a、61bは150℃〜180℃程度の温度で融解、ないし硬化するペーストを使用することが望ましい。FIG. 21 is a top view showing the
Hereinafter, a structure using the
The
なお、凹部5h内の底部の導電材料61a、61bは、めっき法により形成してもよい。通常スクリーン印刷などで形成される金属に比べて、めっき法により構成された金属は抵抗率が低い。具体的にはめっき法で構成された金属はバルクの金属と同等の抵抗率を示し、たとえば20℃における抵抗率は、銀は1.6μΩcm、銅は1.7μΩcm程度が期待できる。一方、スクリーン印刷により形成された銀では抵抗率は7μΩcm程度となるので、導電材料61a、61bをめっきにより形成する場合は、厚みを25μm程度に抑えることができる。めっき層と集電極2の間は、薄い導電性接着剤やはんだ等で接続すればよい。透明樹脂板5は絶縁体であるので、無電解めっき法を用いることでめっき層を形成できる。なお、導電材料61a、61bとして金属ストリップを挿入するなど、他の方法で導電性を高めてもよい。
The
また、透明樹脂板5aの矩形の長辺に沿った一方の端に導電材料からなる接続領域62aが形成されている。接続領域62aの導電材料は凹部5h内の導電材料61aと同材料でもよいし、異なる材料としてもよい。接続領域62aは複数の異なる凹部5h内の導電材料61aと接して、導電材料61aどうしを電気的に接続する。接続領域62aの導電材料は、複数の凹部5h内と複数の凹部5h間の透明樹脂板5aの平坦な表面とに連続して形成されている。接続領域62aは透明樹脂板5aと半導体基板1とを貼りあわせた際に、半導体基板1の端よりはみ出す位置に形成されている。図の場合、透明樹脂板5aの矩形の短辺の長さが半導体基板1の短辺の長さより長く、透明樹脂板5aを半導体基板1の表側に貼りあわせた際に透明樹脂板5aの長辺に沿った部分がはみ出す。そのはみ出す部分に接続領域62aが形成されている。なお、上記は表側に貼りあわせる透明樹脂板5aについて説明したが、裏側の裏側集電極3の形状、裏側に貼りあわせる透明樹脂板5bも同様の形状である。
In addition, a
図22は本実施の形態6の太陽電池素子を示した斜視図である。図20の半導体基板1、図21の透明樹脂板5a、および裏側の透明樹脂板5bを貼りあわせた構造を示している。半導体基板1の表側に接着された透明樹脂板5aと裏側に接着された透明樹脂板5bとは、それぞれの半導体基板1の主面に垂直な方向から見て180度反転している。すなわち、表側の接続領域62aと裏側の接続領域62bとは半導体基板1の反対側の端からはみ出している。
FIG. 22 is a perspective view showing the solar cell element according to the sixth embodiment. The structure which bonded the
図23は本実施の形態6の太陽電池モジュール600の太陽電池素子の接続構造の例を示した部分断面図である。隣接する太陽電池素子30はそれぞれの半導体基板1の端からはみ出した接続領域62aと接続領域62bとが対向するように設置される。接続領域62aと接続領域62bとの間が電気的に接続されることによって、太陽電池素子30どうしが直列接続される。接続領域62aと接続領域62bとは直接接触するように透明樹脂板5a、5bを変形させてもよく、また、図のように導電性の接続材料66を介して電気的に接続するようにしてもよい。接続材料66は、たとえば、金属ペーストからなる材料、はんだで被覆した平角銅線などを用いることができる。接続材料66の厚みは半導体基板1の厚みと同等以上とすると接続材料66と接続領域62a、62bとの接触が良好となるのでよい。
また、接続材料66に異方性導電フィルムを使用してもよい。前記導電性の接続材料66に一般的な導電体を用いる場合、前記樹脂板5a、5bを貼り合わせる際に位置ずれが生じると、図23の左右方向に隣接する太陽電池素子30やグリッドの集電極2と物理的に接触して短絡してしまうことがある。導電性の接続材料66に異方性導電フィルムを使用することにより、上下の樹脂板を貼り合わせる際に位置ずれが生じたり、上下の貼り合わせの際の押し付け力により接続材料66が変形したりすることにより、接続材料66が半導体基板1やグリッド集電極2と接触しても短絡が生じない。また、異方性導電フィルムを接続する際の加熱および加圧工程では、接続領域を選択的に加熱、加圧すればよい。上下の樹脂板は熱伝導率が低いため、異方性導電フィルムの接続工程で半導体基板1が損傷するおそれも小さい。この方法によって、太陽電池モジュール600間の接続工程において生産性を高めることが可能になる。FIG. 23 is a partial cross-sectional view showing an example of a solar cell element connection structure of
Further, an anisotropic conductive film may be used for the
本実施の形態6の太陽電池素子は、上記のように、表側集電極2、裏側集電極3に対向する凹部5h、5j内に表側集電極2、裏側集電極3と接触する導電材料61a、61bを有するので、表側集電極2、裏側集電極3の断面積が増大するのと同様な効果があり、集電に伴う抵抗損失が低下するので、変換効率が向上する。上記は表側、裏側の両方に形成したが表側だけとしてもよい。また、透明樹脂板5a、5bは半導体基板1の端部からはみ出し、かつ、はみ出した領域に凹部5h、5j内の導電材料61a、61bと接続する導電性の接続領域62a、62bを有する。そして接続領域62a、62bを介して隣接する太陽電池素子どうしが電気的に接続される。つまり、導電材料61a、61bを有する透明樹脂板5a、5bがインターコネクタの機能を有している。このため、太陽電池素子間の電気接続が容易となる。特に、本実施の形態6では、半導体基板1の形状を矩形状にして、表側集電極2、裏側集電極3が伸びる方向を矩形の短辺に平行な方向としたので、表側集電極2、裏側集電極3の抵抗が低くなり、他に銅線などのインターコネクタを用いなくても良好な接続が可能となる。
As described above, the solar cell element of the sixth embodiment includes the
変形例1
裏面側の透明樹脂板5bに替えて、曲げ弾性率の低い樹脂シート5cを用いる点が異なる(形状は図19の透明樹脂板5bと同じ)。太陽電池素子30に十分な光閉じ込め効果がある場合には、太陽電池素子30の裏面側に出射する光量が小さいために、図19のような構造では、裏面側の透明樹脂板5bへの光再入射の効果がほとんど得られない。したがって、この場合には、裏面に透明度の低い軟質の樹脂シート5cを用いることができる。透明樹脂板5bを用いた場合と比較して硬度が低いために、外部からの衝撃が加わった場合に、半導体基板1にかかる応力が低減されて半導体基板1の割れが起こりにくくなる。樹脂シート5cには、封止工程における加熱での劣化が起こりにくいものが適しており、たとえば耐熱性に優れるフッ素ゴムを使用すると良い。実施の形態1で述べたように、透明樹脂板5bに用いられるPETやPENの曲げ弾性率は2400MPa程度以上であるのに対して、フッ素ゴム製の樹脂シートを使用した場合、曲げ弾性率はおおむね5〜20MPaであるから、外部からの衝撃が加わった場合に、半導体基板1に加わる応力が100分の1程度に低減されることになる。
変形例2
図23に示された接続構造において、隣接する太陽電池素子間の隙間を封止樹脂で埋めて、ガラス板11を省いて受光面側の透明樹脂板5aが露出した形で太陽電池モジュール600を構成しても良い。ガラス板11がないので、ガラス板を透過する際の損失をなくすことができる。この場合は、封止材12をガラス板で構成して、モジュール全体の強度を確保してもよい。透明樹脂板5aの露出面の耐候性を高めるために、露出面に無機コーティングを施すことで、信頼性を高めることができる。
The difference is that a resin sheet 5c having a low flexural modulus is used instead of the
In the connection structure shown in FIG. 23, the
実施の形態7.
図24は本実施の形態7の太陽電池モジュール700の部分断面図である。本実施の形態7の太陽電池モジュール700は、半導体基板1の受光面側の構成は実施の形態6と同様であるが、裏面側の樹脂板5b中に散乱体63を包含している点に特徴がある。受光面側の透明樹脂板5aは内側の太陽電池基板に可能な限り多くの太陽光を導入する必要があるので、なるべく光の吸収の少ない材料にする必要がある。一方で、太陽電池基板材料としてシリコンを用いた場合、半導体基板1の受光面に入射した太陽光のうち太陽電池基板を透過して裏面側に到達する波長成分は、おおよそ900nmより長波長の近赤外線である。したがって、透明樹脂板5bは近赤外領域で透明であればよい。
散乱体63はシリコンの分光感度が大きい波長範囲900nm〜1200nmを効率良く散乱するものであり、例えば球状の酸化チタン微粒子や、銀微粒子が好適である。酸化チタン微粒子は、例えば平均粒子径が400nm〜700nmのものを用いれば良い。銀微粒子には扁平な形状のものを用いても良い。銀微粒子の直径の平均値は100nm〜300nmの範囲が望ましい。
これらの散乱体を透明樹脂板5b中に導入することにより、半導体基板1の裏面側に出射する光が散乱されて、その一部が、半導体基板1の裏面から再入射する。図24に記載された矢印は、透過光が散乱されて再入射する例を示している。したがって、裏面側に受光面と同様に透明樹脂板を配置した場合と比較して、発電電流が増加する効果が得られる。
なお、散乱体63の分布に傾斜をつけて、半導体基板1側に高濃度に分布させることで、散乱の割合を高めることができる。
また、透明樹脂板5bの凹部5j間にある平坦面上に上記の散乱体63を含む層を設けて、半導体基板1を透過した近赤外線を散乱させることもできる。一方、透明樹脂板5中に散乱体63を分散させる方法は、透明樹脂板5bの取扱が容易であり、太陽電池モジュール700の生産効率が高い利点がある。Embodiment 7 FIG.
FIG. 24 is a partial cross-sectional view of
The
By introducing these scatterers into the
In addition, the ratio of scattering can be increased by inclining the distribution of the
In addition, a layer including the
変形例.
裏面側の樹脂板に含まれる散乱体63として、アップコンバージョンを起こすような蛍光体を使用することもできる。太陽光に含まれる1200nmより長波長の赤外光は、シリコン太陽電池においてはシリコンの分光感度が低いために、太陽電池基板に入射しても発電にほとんど寄与しない。蛍光体での波長変換により、半導体基板1の裏面側から再入射する光を前記太陽電池素子において発電に寄与する300〜1200nmの波長の光に変換させることで、散乱体による裏面からの再入射光による発電電流の増加を期待できる。Modified example.
As the
上記の各実施の形態で述べた部分的な構造は、技術的な矛盾が生じない範囲内で組み合わせてもよい。 The partial structures described in the above embodiments may be combined as long as no technical contradiction occurs.
本発明の太陽電池素子および太陽電池モジュールは、信頼性、製造時の歩留まり向上に有用である。 The solar cell element and the solar cell module of the present invention are useful for improving reliability and yield during production.
1 半導体基板、1a 表側の表面、2b 裏側の表面、2 表側集電極、3 裏側集電極、5,5a,5b 透明樹脂板、 5c 樹脂シート、5h,5j 透明樹脂板の凹部、5p 透明樹脂板の凸部、5s スリット、5v V溝、9,9a,9b 接着剤、11 ガラス板、12 封止材、13 透明材料、16,16a,16b 封止樹脂、21 インターコネクタ、30 太陽電池素子、31 逆導電型の半導体層、32 同導電型の半導体層、33 反射防止膜、61,61a,61b 導電材料、62,62a,62b 接続領域、63 散乱体、66 接続材料、100,200,300,400,500,600,700 太陽電池モジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記半導体基板の第1面に形成され、互いに平行に一定間隔で並んだ複数の集電極と、
前記半導体基板の第1面の裏面となる第2面に形成された裏面電極と、
それぞれの前記集電極に対向する位置に前記集電極を覆う凹部が形成され、当該凹部内に前記集電極と接続されて導通する第1導電部材を有し、前記集電極および前記第1面を覆うように配置され、かつ前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第1接続領域を備えた透明樹脂板と、
前記裏面電極に対向する位置に前記裏面電極を覆う凹部が形成され、当該凹部内に前記裏面電極と接続されて導通する第2導電部材を有し、前記裏面電極および前記第2面を覆うように配置され、かつ前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第2接続領域を備えた裏面樹脂板と、
を有する太陽電池素子を直列に接続して配列させた太陽電池モジュールであって、
隣接する前記太陽電池素子の前記第1接続領域と前記第2接続領域とを重ねて配置して導電性の接続部を介し接続され、隣接する前記太陽電池素子間で一方の太陽電池素子の前記集電極と他方の太陽電池素子の前記裏面電極とが導通していることを特徴とする太陽電池モジュール。 A semiconductor substrate with a junction having photovoltaic power;
A plurality of collector electrodes formed on the first surface of the semiconductor substrate and arranged in parallel with each other at regular intervals ;
A back electrode formed on a second surface to be the back surface of the first surface of the semiconductor substrate;
A recess that covers the collector electrode is formed at a position facing each of the collector electrodes, and a first conductive member that is connected to the collector electrode and is conductive is provided in the recess, and the collector electrode and the first surface are connected to each other. A transparent resin plate disposed to cover and having a first connection region at a position protruding from an end of the semiconductor substrate;
A recess that covers the back electrode is formed at a position that faces the back electrode, and has a second conductive member that is connected to the back electrode and is conductive in the recess, so as to cover the back electrode and the second surface. And a rear resin plate provided with a second connection region at a position protruding from the end of the semiconductor substrate,
A solar cell module in which solar cell elements having
The first connection region and the second connection region of the adjacent solar cell elements are arranged so as to overlap each other and are connected via a conductive connection portion, and the one solar cell element is adjacent to each other between the adjacent solar cell elements. A solar cell module, wherein the collector electrode is electrically connected to the back electrode of the other solar cell element.
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