JP6040649B2 - 発電素子間接合シート及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数のバックコンタクト型の太陽電池素子を電気的に接合する発電素子間接合シートに関する。

近年、環境問題に対する意識の高まりから、太陽電池が、クリーンなエネルギー源として注目を集めている。太陽電池素子から電気を取り出す方法については、様々な形式のものがあるが、太陽光線の受光効率を高めるために、太陽光の受光面側には電極を配置せず、非受光面側に異なる極性を有する複数の電極を配置したバックコンタクト型の太陽電池素子の開発が進んでいる。

バックコンタクト形の太陽電池素子には種々の方式がある。受光面と非受光面とを貫通するスルーホールを有するＭＷＴ方式、ＥＷＴ方式の太陽電池素子、太陽電池素子の裏面に、くし型形状のｐ型、ｎ型の拡散層を形成して、そのｐ、ｎ領域から、電気を取り出す構造を備えるＩＢＣ方式の太陽電池素子等がある。又、非受光面側に、集電配線部を備える自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子も開発されている。

これらのバックコンタクト型の太陽電池素子は、通常、太陽電池モジュールの内部に複数枚設けられ、これらが直並列接合されることにより必要な電圧及び電流を得られるように構成されている。非受光面側に設けられた多数の電極から安全に効率よく電気を取り出すために、図５に示すような太陽電池用集電シートが提案されている（特許文献１参照）。

図５に示す太陽電池用集電シート３は、複数のバックコンタクト型の太陽電池素子２Ａを太陽電池モジュールの内部で配線するために、回路になる櫛形形状等の複雑な形状を備える金属配線部３２をエッチング処理等の加工処理によって、基材である樹脂シート３１の表面に積層させたものである。

特開２００７−０８１２３７号公報

ここで、複雑な加工処理による回路形成を必須とする従来の太陽電池用集電シートは、エッチング処理に係る材料費や製造工程の複雑さに起因する製造コストが嵩み、太陽電池モジュールの価格を引き上げてしまうため、製造コストの削減が強く求められていた。

例えば、上述した自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子、又は、それに準ずる構成の端子を備えた発電素子から電気を集める場合には、必ずしも、図４に示すような複雑な配線部を備える太陽電池用集電シートは必要なく、各発電素子の端子を電気的に接合可能な簡易な構成をそなえるものであればよい。

しかしながら、このような要請に応えることのできる集電用の部材は現実には存在せず、低コストで製造可能な、新たな集電用の部材の開発が望まれていた。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、バックコンタクト型の発電素子に接合される発電素子間接合シートであって、従来の太陽電池用集電シートと、同等の集電性能を備える集電部材を、従来の太陽電池用集電シートよりも低コストで提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、樹脂基材の表面に、定型化された複数の金属箔を積層してなる電気接合部を備えた発電素子間接合シートによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に本発明は以下のものを提供する。

（１） 複数のバックコンタクト型の発電素子同士を、裏面で電気的に接合するための発電素子間接合シートであって、前記発電素子を支持可能な樹脂基材と、前記樹脂基材の表面上に導電性基材を積層してなり、隣接する発電素子同士を直列に接合する複数の電気接合部と、を備える発電素子間接合シート。

（２） 前記導電性基材が金属箔である（１）に記載の発電素子間接合シート。

（３） 前記導電性基材がＡＣＦテープである（１）に記載の発電素子間接合シート。

（４） 前記導電性基材が導電接着剤からなる導電層である（１）に記載の発電素子間接合シート。

（５） 前記複数の電気接合部は、いずれも同一形状の前記導電性基材からなる（１）から（４）に記載の発電素子間接合シート。

（６） 格子状に配列された前記バックコンタクト型の発電素子を、裏面で電気的に接合するための発電素子間接合シートであって、一の行内又は列内の隣接する発電素子同士を直列に接合する第一の電気接合部と、一の行内の発電素子と隣接する他の行内の発電素子とを接合、又は、一の列内の発電素子と隣接する他の列内の発電素子とを接合し、前記第一の電気接合部とは形状が異なる第二の電気接合部と、を備え、前記第一の電気接合部は、全て同一形状であり、且つ、前記第二の電気接合部も、全て同一形状であることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の発電素子間接合シート。

（７） 前記樹脂基材の前記電気接合部が形成されている側と反対側の面に、裏面保護シートが更に積層されている（１）から（６）のいずれかに記載の発電素子間接合シート。

（８） （１）から（７）のいずれかに記載の発電素子間接合シートに発電素子間接合シートに太陽電池素子が積層されている太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子は、非受光面側に集電配線部を備える自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子である太陽電池モジュール。

（９） （１）から（７）のいずれかに記載の発電素子間接合シートの製造方法であって、複数の同一形状の導電性基材を樹脂基材上に接着する工程を備える発電素子間接合シートの製造方法。

本発明によれば、バックコンタクト型の発電素子に接合される発電素子間接合シートであって、従来の太陽電池用集電シートに要請されていた機能と同等の集電機能を備える発電素子間接合シートを、従来品よりも極めて低コストで提供することができる。

本発明の発電素子間接合シートの平面図である。 本発明の発電素子間接合シート上に発電素子を配置した使用状態の一例を示す平面図である。 本発明の発電素子間接合シートを好ましく用いることのできる、自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子の裏面側の平面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの層構成を示す断面の模式図である。 バックコンタクト型の太陽電池素子に用いられている従来の太陽電池用集電シートの使用態様を説明するための模式的な斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

本明細書においては、本発明の発電素子間接合シートを、自己集電方式のバックコンタクト型太陽電池素子に用いる場合について、具体的な実施例として説明するが、本発明の用途はこれに限られるものではない。本明細書におけるバックコンタクト型の発電素子とは、使用時に裏面側となる面に電極が配置されている全ての発電素子のことを言い、本発明の発電素子間接合シートは、本実施形態以外のバックコンタクト型の発電素子にも、適宜好ましく用いることができるものである。

＜バックコンタクト型の発電素子＞
上述した通り、バックコンタクト型の太陽電池素子としては、ＭＷＴ方式、ＥＷＴ方式を初めとする様々な方式があるが、一般に、これらの太陽電池素子から発電された電気を取り出すためには、複雑な回路が形成された集電シートを太陽電池素子の裏面側に配置することが必須であった。

但し、近時、バックコンタクト型の太陽電池素子として、裏面側の多数の電極から取り出した電気を太陽電池素子の裏面側に形成された集電用の配線部を通じて集電し、単一若しくは限られた小数の端子から、太陽電池素子の外に電気を取り出すことができるようにした自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子が開発された。本発明の発電素子間接合シートは、複数のこのような自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子又はこのような太陽電池素子と同様の電源端子を備えたバックコンタクト型の発電素子を、電気的に接合して、集電するものとして、特に好ましく用いることができる。

ここで、本発明の発電素子間接合シートに、特に好適に用いることのできる、自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子の構造について、図３を参照しながら説明する。図３は、自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子である発電素子２の裏面側に形成されている端子と配線部の構造を模式的に示す平面図である。発電素子２の裏面には、正極端子２１、正極配線部２２１、負極端子２２、負極配線部２２２が構成されている。

発電素子２の裏面には多数の正負の電極（図示せず）が存在するが、それらの電極から、それぞれ正極配線部２２１、又は、負極配線部２２２を通じて、正極端子２１又は、負極端子２２に発電された電気は導かれる。そして、正極端子２１及び負極端子２２が発電素子間接合シート１の電気接合部１２と接合されることにより、複数の発電素子２は電気的に接合され、安全に且つ効率よく電気を取り出すことができる。

＜発電素子間接合シート＞
図１に示す通り、本実施形態の発電素子間接合シート１は、樹脂基材１１と、電気接合部（第一の電気接合部）１２とを備える。樹脂基材１１の表面には、金属箔からなる導電性の電気接合部１２が形成されている。

［樹脂基材］
樹脂基材１１としては、シート状に成形された樹脂基材を用いることができる。ここで、シート状とはフィルム状を含む概念であり、本発明において両者に差はない。樹脂基材１１に用いる樹脂としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリエチレン樹脂、及び、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、を代表的な樹脂として挙げることができるが、アイオノマー、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等のオレフィン系樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、発電素子ロース系等を他の例として挙げることができる。

樹脂基材１１の厚さは、発電素子間接合シート１に要求される強度や薄さ等に応じて適宜設定すればよい。樹脂基材１１の厚さは、特に限定されないが、一例として２０〜２５０μｍが挙げられる。

［電気接合部］
電気接合部１２は、発電素子間接合シート１の表面上に導電性基材を積層してなる導電パターンであり、一の発電素子２と他の発電素子２の端子とを電気的に接合し、更に、発電素子間接合シート１を介して、それらの複数の発電素子２から電気を取り出すための取り出し口となる部分である。電気接合部１２は、２以上の発電素子を電気的に接合するために、樹脂基材１１上に少なくとも３つ以上、直線状又は、格子状の位置に配置される。

複数の電気接合部１２の形状については、可能な限り、個々の電気接合部１２の形状が同一であることが好ましい。電気接合部１２が全て同一形状であることがより好ましい。但し、後述するように格子状に配置した発電素子間の接合のために第二の電気接合部１２Ａを設ける場合には、第二の電気接合部１２Ａ以外の全ての電気接合部（第一の電気接合部）１２の形状が全て同一であることが、好ましい。尚、それらの形状の詳細については、発電素子の端子の位置や形状に応じて自在に決めることができ、特に限定されるものではないが、図１に示す通り、加工が容易で生産性の高い矩形形状で統一されることが好ましい。

複数の電気接合部１２のうちの一部である第二の電気接合部１２Ａは、その他の電気接合部１２とは異なる形状であってもよい。本実施例の発電素子間接合シート１は、第二の電気接合部１２Ａが１箇所のみに形成されているが、本発明の発電素子間接合シートはこれに限らず、複数箇所に第二の電気接合部１２Ａが形成されているものであってもよい。第二の電気接合部１２Ａを複数用いる場合は、個々の第二の電気接合部１２Ａの形状は、全て同一であることが好ましい。複数の電気接合部１２のうちの一部を第二の電気接合部１２Ａとすることによって、例えば、図２に示すように、発電素子の配列方向をその部分で方向転換する等、発電素子の配置にフレキシビリティを与えることができる。

上述の通り、電気接合部１２の形状は、単一の、又は、可能な限り少数の種類の定型に限定することが好ましく、又、その定型は、略矩形形状であることが好ましい。そのように電気接合部１２の形状を定型化することによって、後に詳細を説明する通り、製造工程を簡略化して、発電素子間接合シート１の生産性を大きく向上させることができる。

第二の電気接合部１２Ａも含め、電気接合部１２を形成するための導電性基材としては、銅箔、アルミニウム箔等の金属箔、或いは、ＡＣＦテープ等を所望の形状に成型した基材を好ましく用いることができる。従来の太陽電池用集電シートにおいては、極めて導電性に優れる銅箔が配線部（本発明における電気接合部）の材料として一般的に用いられてきた。本発明でも電気接合部１２を銅箔によって形成することができるが、下記に詳細を説明する通り、導電性と製造コストのバランスの観点からは、アルミニウム箔をより、好ましく用いることができる。

アルミニウムは表面に強固な酸化膜が存在し金属として安定している。又、導電性についても、銅の導電率との対比において６３％と、導電性基材として実施上好ましい範囲にある。例えば、約１．６倍の量を使用することで銅と同等の導電性を確保できるが、アルミニウムは銅と比較して極めて安価であるため、そのように使用量を増量したとしても、尚、総製造コストを低減することができる。又、アルミニウムの比重は、銅の８．９３に対して、２．７と、約１／３であるため、アルミニウム箔を、電気接合部１２を構成する材料とすることによって、太陽電池モジュールの軽量化を図ることもできる。

尚、電気接合部１２を樹脂基材１１の表面に形成するためには、打ち抜き、又は裁断等の加工方法で予め所定の定型形状に加工した金属箔を、樹脂基材１１の表面に接着する方法、或いは、樹脂基材１１の表面に金属箔を蒸着させる方法等が例示されるが、コストの面からは、定型形状の金属箔を接着する方法が好ましい。

ＡＣＦテープとは、例えば、特許公報（特許第４８３４５２２号）に記載の通り、長尺のベーステープと呼ばれる樹脂製のテープの一面にＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ：異方導電性フィルム）が設けられたものである。ＡＣＦは、フィルム状の絶縁樹脂材料の中に微細な導電性粒子を分散させた素材であり、圧力と温度を加えることにより、接着と同時に電極間にはさまれた導電粒子を介して圧力が加えられる方向には電気的接合が実現され、それ以外の方向には絶縁の状態を維持することのできる機能を持つフィルムである。このＡＣＦテープを導電性基材として用いることにより、更に信頼性の高いセル間の導通を容易に得ることができる。

電気接合部１２は、導電性接着剤を含有してなる導電層を所望の形状にパターンニング形成したものであってもよい。このような導電性接着剤として、例えば、以下のような金属粒子及びバインダー樹脂を含む導電性組成物からなる接着剤を用いることができる。金属粒子としては、一例として、銀ペースト、銅ペースト、導電性高分子等が挙げられ、バインダー樹脂としては、メラミン樹脂、ポリエステル−メラミン樹脂、エポキシ−メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、熱硬化性ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の樹脂を挙げることができる。

＜発電素子間接合シートの製造方法＞
［電気接合部定型化工程］
導電性基材が金属箔である場合について説明する。まず、この工程では、材料とする金属箔を、電気接合部１２及び第二の電気接合部１２Ａに求められる所望の定型形状に、加工する。定型化のための加工方法は特に限定されず、従来公知の打ち抜き方法、裁断方法を適宜採用すればよい。

［電気接合部定型化工程］
次に、この工程では、いわゆるドライラミネート法によって、定型化された金属箔を樹脂基材１１の表面の所望の位置に接着剤によって接着することによって電気接合部１２を形成する。接着剤としては、ウレタン系、ポリカーボネート系、エポキシ系等の接着剤を使用することができる。

従来の太陽電池用集電シートの製造においては、例えば、フォトレジスト法によるマスキングや化学処理によるマスクの剥離処理等も含めた複雑なエッチング処理工程が必須であったが、本発明の発電素子間接合シートの製造方法においては、上記の通り、材料と工程を節減して、生産性を著しく向上することができる。

導電性基材としてＡＣＦテープを採用した場合には、接着工程を更に簡略化することができる。導電性接着剤からなる導電層によって電気接合部を形成する場合には、従来公知のパターン印刷法によることができる。具体的には、スクリーン印刷や、凹版オフセット印刷、或いは、ＵＶ硬化プライマーにより凹版から転写させる方法等が好適に用いられる。

＜太陽電池モジュール＞
次に、本発明の発電素子間接合シート１が使用される太陽電池モジュール４について説明する。図４は、太陽電池モジュール１００について、その層構成の一例を例示する断面の模式図である。太陽電池モジュール１００は、受光面側から、ガラス等からなる透明前面基板１０１、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、アイオノマー、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン等からなる前面封止材層１０２、発電素子２、発電素子間接合シート１、背面封止材層１０３、これにフッ素系樹脂フィルムであるＥＴＦＥ、耐加水分解ＰＥＴ等からなる裏面保護シート１０４が順に積層された構成である。発電素子２から取り出された電気は、発電素子間接合シート１の電気接合部１２を介して太陽電池モジュール１００から取り出される。

＜太陽電池モジュールの製造方法＞
次に本発明の一実施形態である発電素子間接合シート１と自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子である発電素子２を接合した接合部材を備える太陽電池モジュール１００の製造方法について説明する。

本発明の一実施形態である発電素子間接合シート１と自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子である発電素子２を備える太陽電池モジュール１００は、発電素子間接合シート１、発電素子２及び他の部材を積層して一体化することによって製造することができる。この一体化の方法としては真空熱ラミネート加工により一体化する方法が挙げられる。上記方法を用いた際のラミネート温度は、１３０℃〜１９０℃の範囲内とすることが好ましい。また、ラミネート時間は、５〜６０分の範囲内が好ましく、特に８〜４０分の範囲内が好ましい。

尚、この一体化の過程において、発電素子間接合シート１の樹脂基材１１は、太陽電池モジュールとして他の部材と強固に一体化されているため、発電素子間接合シート１の基材樹脂のＴｇ以上で加熱しても熱による収縮、変形の問題が生じない。

＜裏面保護シート一体化集電シート＞
尚、発電素子間接合シート１は、上記の通り、発電素子２の他、他の部材と一体化する工程を経て、太陽電池モジュールとなるが、その工程に先だって、樹脂基材１１の裏面側に予め別のＥＴＦＥ、耐加水ＰＥＴ等の裏面保護シートを一体化することにより、太陽電池モジュール１００の製造に用いる裏面保護シート一体化発電素子間接合シートとすることも可能である。

上記の裏面保護シート一体化発電素子間接合シートを作成するには、樹脂基材１１の裏面側に裏面保護シートをドライラミネーション法等によって積層する。

以上の通り、本発明の発電素子間接合シート１は、バックコンタクト型の発電素子２と接合した際に、電極間を絶縁しつつ、端子から安全に且つ効率よく電気を取り出すことができる。又、本発明の製造方法によれば、このような発電素子間接合シート１を、従来の太陽電池用集電シートと比較して極めて低コストで製造することができる。

１ 発電素子間接合シート
１１ 樹脂基材
１２、１２Ａ 電気接合部
２ 発電素子
２１ 正極端子
２１１ 正極配線部
２２ 負極端子
２２２ 負極配線部
１００ 太陽電池モジュール
１０１ 透明前面基板
１０２ 前面封止材層
１０３ 背面封止材層
１０４ 裏面保護シート
３ 太陽電池用集電シート
３１ 樹脂シート
３２ 配線部

Claims (6)

1. 非受光面側に集電配線部を備える自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子である複数のバックコンタクト型の発電素子同士を、裏面で電気的に接合するための発電素子間接合シートであって、
   前記発電素子を支持可能な樹脂基材と、
   前記樹脂基材の表面上に導電性基材を積層してなり、隣接する前記発電素子同士を直列に接合する複数の電気接合部と、を備え、
   前記導電性基材がＡＣＦテープであって、
   前記電気接合部の形状が、いずれも矩形形状である、発電素子間接合シート。
2. 複数の前記電気接合部が、同一形状であることを特徴とする請求項１に記載の発電素子間接合シート。
3. 格子状に配列された前記バックコンタクト型の発電素子を、裏面で電気的に接合するための発電素子間接合シートであって、
   一の行内又は列内の隣接する発電素子同士を直列に接合する第一の電気接合部と、
   一の行内の発電素子と隣接する他の行内の発電素子とを接合、又は、一の列内の発電素子と隣接する他の列内の発電素子とを接合し、前記第一の電気接合部とは形状が異なる第二の電気接合部と、を備え、
   前記第一の電気接合部は、全て同一形状であり、
   且つ、前記第二の電気接合部も、全て同一形状であることを特徴とする
   請求項１に記載の発電素子間接合シート。
4. 前記樹脂基材の前記電気接合部が形成されている側と反対側の面に、裏面保護シートが更に積層されている請求項１から３のいずれかに記載の発電素子間接合シート。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の発電素子間接合シートに太陽電池素子が積層されている太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池素子は、非受光面側に集電配線部を備える自己集電方式のバックコンタクト型の太陽電池素子である太陽電池モジュール。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の発電素子間接合シートの製造方法であって、
   複数の同一形状の導電性基材を樹脂基材上に接着する工程を備える発電素子間接合シートの製造方法。

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