JP6152796B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池モジュールに関する。
従来、改善された光電変換効率を有する太陽電池モジュールとして、裏面接合型の太陽電池を有する太陽電池モジュールが知られている。例えば特許文献1には、その一例が記載されている。特許文献1に記載の太陽電池モジュールは、表面に配線が設けられた配線基板を複数備えている。配線基板上には、一の方向に沿って配列された複数の裏面接合型の太陽電池が配置されている。複数の太陽電池は、配線基板の配線に電気的に接続されている。複数の配線基板は、一の方向に対して垂直な他の方向に沿って配されている。他の方向において隣り合う配線基板同士は、導電性部材によって電気的に接続されている。
特開2009−43842号公報
近年、太陽電池モジュールの耐久性をさらに改善したいという要望が高まってきている。
本発明は、改善された耐久性を有する太陽電池モジュールを提供することを主な目的とする。
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池ストリングと、第1の配線材とを備える。複数の太陽電池ストリングは、一の方向に沿って配されている。第1の配線材は、隣り合う太陽電池ストリング同士を電気的に接続している。第1の配線材は、金属箔からなる。太陽電池ストリングは、複数の太陽電池と、第2の配線材と、第3の配線材とを有する。複数の太陽電池は、一の方向に対して傾斜した他の方向に沿って配されている。第2の配線材は、隣り合う太陽電池のそれぞれの端部に接着されている。第2の配線材は、隣り合う太陽電池同士を電気的に接続している。第3の配線材は、複数の太陽電池のうち、他の方向における最も端部に位置する太陽電池の他の方向における端部において当該太陽電池にに電気的に接続されている。第3の配線材は、樹脂フィルム及び樹脂フィルムの上に配された金属箔を有する。第3の配線材は、第1の部分と、第2の部分と、第3の部分とを含む。第1の部分では、金属箔が太陽電池側を向いている。第1の部分は、太陽電池に電気的に接続されている。第2の部分は、金属箔が太陽電池とは反対側を向くように太陽電池の上に配されている。第3の部分は、第1の部分と第2の部分とを接続している。第1の配線材は、隣り合う太陽電池ストリングの第2の部分同士を電気的に接続している。本発明に係る太陽電池モジュールは、絶縁性シートをさらに備える。絶縁性シートは、第1の配線材と太陽電池との間に配されている。
本発明によれば、改善された耐久性を有する太陽電池モジュールを提供することができる。
図1は、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裏面図である。 図2は、図1の線II−II部分の略図的断面図である。 図3は、本発明の一実施形態における太陽電池の略図的裏面図である。 図4は、図2のIV部分の太陽電池ストリングの略図的断面図である。 図5は、図2のV部分の太陽電池ストリングの略図的断面図である。 図6は、変形例に係る太陽電池モジュールの略図的裏面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等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。
図1及び図2に示されるように、太陽電池モジュール1は、それぞれ複数の太陽電池20を有する複数の太陽電池ストリング10を備えている。具体的には、太陽電池モジュール1は、第1〜第6の太陽電池ストリング10a〜10fを備えている。図2に示されるように、複数の太陽電池ストリング10は、第1の保護部材11と、第2の保護部材12との間に配されている。第1の保護部材11は、太陽電池20の受光面20a側に位置している。第2の保護部材12は、太陽電池20の裏面20b側に位置している。第2の保護部材12は、可撓性を有する。第1の保護部材11と第2の保護部材12との間には封止材層13が設けられている。この封止材層13により複数の太陽電池20が封止されている。
第1の保護部材11は、例えば、ガラス基板、樹脂基板等の透光性を有する部材により構成することができる。第2の保護部材12は、例えば、樹脂シート、金属箔を介在させた樹脂シート等の可撓性を有する部材により構成することができる。封止材層13は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリエチレン(PE)、ポリウレタン(PU)などの樹脂により構成することができる。封止材層13は、非架橋性樹脂を含むことが好ましい。
複数の太陽電池ストリング10のそれぞれは、太陽電池ストリング10の配列方向であるy軸方向に対して傾斜した(典型的には、垂直な)x軸方向に沿って配された複数の太陽電池20を有する。図1及び図3に示されるように、太陽電池20は、光電変換部23と、第1及び第2の電極21,22とを有する。
光電変換部23は、第1及び第2の主面23a、23bを有する。光電変換部23の第1の主面23aが太陽電池20の受光面20aを構成しており、第2の主面23bが太陽電池20の裏面20bを構成している。
光電変換部23は、受光した際に正孔や電子などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部23は、第1の主面23aにおいて受光したときのみキャリアを生成させるものであってもよいし、第1の主面23aにおいて受光したときのみならず、第2の主面23bにおいて受光したときにもキャリアを発生させるものであってもよい。即ち、太陽電池20は、両面受光型の太陽電池であってもよい。
なお、光電変換部23の種類は特に限定されない。光電変換部23は、例えば、結晶シリコン基板等を用いて構成することができる。
光電変換部23の第2の主面23bの上には、正孔及び電子の一方を収集する第1の電極21と、正孔及び電子の他方を収集する第2の電極22とが配されている。従って、太陽電池20は、裏面接合型の太陽電池である。
第1及び第2の電極21,22のそれぞれの形状は特に限定されない。本実施形態では、第1及び第2の電極21,22のそれぞれは、くし歯状の形状を有する。第1の電極21と第2の電極22とは、互いに間挿し合うように配されている。具体的には、第1及び第2の電極21,22のそれぞれは、複数のフィンガー部21a、22aと、バスバー部21b、22bとを有する。複数のフィンガー部21a、22aのそれぞれは、x軸方向に沿って延びている。複数のフィンガー部21a、22aは、x軸方向に対して垂直なy軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。
複数のフィンガー部21aは、バスバー部21bに電気的に接続されている。バスバー部21bは、複数のフィンガー部21aのx軸方向における一方側(x1側)に配されている。バスバー部21bは、太陽電池20のx軸方向におけるx1側端部において、y軸方向の一方側端部から他方側端部にわたって設けられている。
同様に、複数のフィンガー部22aは、バスバー部22bに電気的に接続されている。バスバー部22bは、複数のフィンガー部22aのx軸方向における他方側(x2側)に配されている。バスバー部22bは、太陽電池20のx軸方向におけるx2側端部において、y軸方向の一方側端部から他方側端部にわたって設けられている。
図1に示されるように、複数の太陽電池ストリング10のそれぞれにおいて、x軸方向において隣り合う太陽電池20は、配線材31によって電気的に接続されている。具体的には、x軸方向において隣接する太陽電池20の一方の太陽電池20の第1の電極21と他方の太陽電池の第2の電極22とが配線材31によって電気的に接続されている。
配線材31は、例えば、金属箔、金属箔の積層体、表面が半田等で覆われた金属箔、絶縁性フィルム及び絶縁性フィルム上に配された配線とを有するフレキシブルプリント基板(FPC:Flexible Printed Circuit)などにより構成することができる。金属箔および配線は、例えば、Ag、Cu等により構成することができる。
配線材31と太陽電池20の裏面20bとは、図示しない接着層によって接着されている。接着層は、例えば、樹脂接着剤の硬化物、導電材が分散混入している樹脂接着剤の硬化物、半田等により構成することができる。配線材31は、太陽電池20のx軸方向における端部に接着されている。具体的には、配線材31は、太陽電池20のx軸方向における端部にのみ接着されている。
第1〜第6の太陽電池ストリング10a〜10fは、配線材32により電気的に接続されている。具体的には、第1の太陽電池ストリング10aの最もx2側に位置している太陽電池20Aと第2の太陽電池ストリング10bの最もx2側に位置している太陽電池20Bと、第3の太陽電池ストリング10cの最もx2側に位置している太陽電池20Cと第4の太陽電池ストリング10dの最もx2側に位置している太陽電池20Dと、及び第5の太陽電池ストリング10eの最もx2側に位置している太陽電池20Eと第6の太陽電池ストリング10fの最もx2側に位置している太陽電池20Fとは、それぞれ、配線材32によって電気的に接続されている。配線材32は、太陽電池20A,20C,20Eの第1の電極21と、太陽電池20B,20D,20Fの第2の電極22とを電気的に接続している。
また、第2の太陽電池ストリング10bの最もx1側に位置している太陽電池20Hと第3の太陽電池ストリング10cの最もx1側に位置している太陽電池20Iと、及び第4の太陽電池ストリング10dの最もx1側に位置している太陽電池20Jと第5の太陽電池ストリング10eの最もx1側に位置している太陽電池20Kとも、それぞれ、配線材32によって電気的に接続されている。配線材32は、太陽電池20H,20Jの第1の電極21と、太陽電池20I,20Kの第2の電極22とを電気的に接続している。
太陽電池20H,20Iに電気的に接続された配線材32と、太陽電池20J,20Kに電気的に接続された配線材32とのそれぞれの一部は、第1の引き出し電極41を構成している。図2に示されるように、第1の引き出し電極41は、封止材層13の外側、より具体的には、太陽電池モジュール1の外部に引き出されている。具体的には、第1の引き出し電極41の先端部は、第2の保護部材12の外側に至っている。
配線材32は、2つの配線材32aと、配線材32bとを有する。2つの配線材32aのそれぞれは、接着層40により太陽電池20に接着されており、第1または第2の電極21,22に電気的に接続されている。配線材32bは、2つの配線材32aを電気的に接続している。配線材32aは、太陽電池20のx軸方向における一の端部の、x軸方向に対して垂直なy軸方向のy1側端部からy2側端部に至るように配されている。配線材32aは、太陽電池ストリング10を構成している複数の太陽電池20のうち、x軸方向における最も端部に位置する太陽電池に電気的に接続されている。
図4に示されるように、配線材32aは、樹脂フィルム51と、配線52とを有するフレキシブルプリント基板により構成されている。樹脂フィルム51は、例えば、ポリイミド(PI)や、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの樹脂により構成することができる。配線52は、樹脂フィルム51の上に配されている。配線52は、第1または第2の電極21,22と電気的に接続されている。配線52は、例えば、CuやAgなどの少なくとも一種の金属からなる金属箔により構成することができる。
配線材32aは、第1の部分32a1と、第2の部分32a2と、屈曲部32a3とを有する。第1の部分32a1は、配線材32aの一方側部分により構成されている。第1の部分32a1は、配線52が太陽電池20側を向くように配されている。第1の部分32a1は、太陽電池20の裏面20bに接着されている。
第2の部分32a2は、配線材32aの他方側部分により構成されている。第2の部分32a2は、配線52が太陽電池20とは反対側を向くように配されている。第2の部分32a2の少なくとも一部は、第1の部分32a1の上に配されている。即ち、第2の部分32a2の少なくとも一部は、第1の部分32a1と太陽電池20の厚み方向であるz軸方向において重なっている。
屈曲部32a3は、第1の部分32a1と第2の部分32a2とを接続している。屈曲部32a3は、屈曲構造を有する。屈曲部32a3では、配線52が外側を向いている。屈曲部32a3は、太陽電池20の裏面20bの上に配されている。即ち、屈曲部32a3は、太陽電池20とz軸方向において重なっている。屈曲部32a3は、平板状の配線材が折り曲げられることにより形成された部分である。
配線材32bは、第2の部分32a2において配線材32aの配線52に電気的に接続されている。すなわち、配線材32bは、y軸方向において隣り合う太陽電池ストリング10の第2の部分32a2同士を電気的に接続している。配線材32bは、x軸方向において、第2の部分32a2と重なるように配されている。配線材32bは、樹脂接着剤を用いて配線材32aに接着されていてもよいが、本実施形態では半田により配線材32aに接着されると共に配線材32aの配線52に電気的に接続されている。配線材32bは、配線材32aのy軸方向における一部分に接着されている。配線材32aのy軸方向における長さに対する、配線材32aの配線材32bが接着された部分のy軸方向における長さの比((配線材32aの配線材32bが接着された部分のy軸方向における長さ)/(配線材32aのy軸方向における長さ))は、1/10〜1であることが好ましく、1/10〜1/2であることがより好ましい。
なお、配線材32bの一部は、引き出し電極41を構成しており、太陽電池モジュール1外に引き出されている。
本実施形態において、配線材32bは、CuやAgなどの少なくとも一種の金属からなる金属箔により構成されている。配線材32bの厚みは、配線52の厚みよりも大きい。配線材32bの厚みは、配線52の厚みの2倍以上であることが好ましく、5倍以上であることがより好ましい。
第1の太陽電池ストリング10aの最もx1側に位置している太陽電池20Gの第2の電極22と、第6の太陽電池ストリング10fの最もx1側に位置している太陽電池20Lの第1の電極21とのそれぞれには、配線材33が電気的に接続されている。太陽電池20G,20Lと配線材33とは接着層40により接着されている。
配線材33は、配線材32aと、配線材33bとを有する。配線材33の一部を構成している配線材32aは、配線材32の一部を構成している配線材32aと実質的に同様の構成を有する。配線材33の一部を構成している配線材32aは、太陽電池20Gの第2の電極22及び太陽電池20Lの第1の電極21に接着され、電気的に接続されている。
配線材33bは、配線材33の一部を構成している配線材32aに電気的に接続されている。配線材33bの一部は、引き出し電極42を構成している。引き出し電極42は、封止材層13の外側、より具体的には、太陽電池モジュール1外に引き出されている。
配線材33bは、配線材33の一部を構成している配線材32aの第2の部分32a2において配線52に電気的に接続されている。配線材33bは、樹脂接着剤を用いて配線材32aに接着されていてもよいが、本実施形態では半田により配線材32aに接着されると共に配線材32aの配線52に電気的に接続されている。配線材33bは、配線材32aのy軸方向における一部分に接着されている。
本実施形態において、配線材33bは、CuやAgなどの少なくとも一種の金属からなる金属箔により構成されている。配線材33bの厚みは、配線52の厚みよりも大きい。配線材33bの厚みは、配線52の厚みの2倍以上であることが好ましく、5倍以上であることがより好ましい。
金属箔により構成されている配線材32b、33b、引き出し電極41,42と、太陽電池20の裏面20bとの間には、絶縁性シート60が配されている。これにより、配線材32b、33b、引き出し電極41,42と電極21,22との短絡を抑制することができる。なお、絶縁性シート60は、例えば、樹脂フィルム51として用いられるPIや、PETなどの樹脂の他、封止材層13として用いられるEVA、PVB、PE、PUなどの樹脂などにより構成することができる。配線材32b、33bと太陽電池20との間に配された絶縁性シートと、引き出し電極41,42と太陽電池20との間に配された絶縁性シートとを別体に設けてもよい。
ところで、配線基板の熱膨張係数は、太陽電池の熱膨張係数とは異なる。このため、特許文献1に記載の太陽電池モジュールのように、裏面接合型の太陽電池の全面が配線基板に接着されている場合は、配線基板と太陽電池とが剥離しやすい。
一方、太陽電池モジュール1では、配線材31は、太陽電池20のx軸方向における端部に接着されており、太陽電池20の全面に接着されていない。このため、太陽電池モジュール1の温度が変化した場合であっても、配線材31と太陽電池20との間に大きな応力が加わり難い。よって、配線材31と太陽電池20とが剥離しにくい。
同様に、配線材32aが太陽電池20のx軸方向における端部において、当該太陽電池20に電気的に接続されている。そして、y軸方向において隣り合う太陽電池ストリング10の配線材32aの第2の部分32a2同士が、金属箔からなる配線材32bによって電気的に接続されている。配線材32bと太陽電池20との間には、絶縁性シート60が配されている。この絶縁性シート60によって配線材32bと太陽電池20とが絶縁されている。このような構成を採用することによって、太陽電池モジュール1の温度が変化した場合であっても、配線材32bと太陽電池20との間に大きな応力が加わり難い。よって、配線材32bと太陽電池20とが剥離しにくい。従って、改善された耐久性を有する太陽電池モジュール1を実現することができる。
ところで、2つの配線材32aを配線材32bで接続する構成とした場合、配線材32bの一部が太陽電池20の第1の電極21または第2の電極22と接触する可能性がある。接触による電流リークを防止するために、配線材32bと太陽電池20との間にのみ絶縁性シートを設けることが考えられる。しかし、この部分にのみ絶縁性シートを設けた場合、配線材32aが設けられる領域と、配線材32bが設けられる領域とで段差が生じ、配線材32aに接続された配線材32bが外れてしまう虞がある。このような状況は、例えば、複数の太陽電池20を封止材層13の中に封止する工程において発生する可能性がある。
本実施形態では、配線材32bが設けられた領域のみならず、配線材32aが設けられた領域にも、絶縁シート60を設けられている。このため、配線材32bと太陽電池20との絶縁性を保ちつつ、配線材32aと配線材32bとの接続信頼性を高めることができる。
また、上記のような構成を採用することにより、絶縁性シート60を小さくし得る。特に、太陽電池モジュール1では、配線材32bがx軸方向において第2の部分32a2と重なるように設けられている。このため、第2の部分32a2及び配線材32bが設けられた領域のx軸方向における長さを短くすることができる。このため、絶縁性シート60をより小さくし得る。従って、高価な絶縁性シート60を小さくし得る分、太陽電池モジュール1の製造コストを低減することができる。
なお、太陽電池モジュール1では、y軸方向における外側に位置している太陽電池ストリング10a、10fにおける第2の部分32a2のx軸方向に沿った長さと、y軸方向における中央側に位置している太陽電池ストリング10b〜10eにおける第2の部分32a2のx軸方向に沿った長さとが同じである。一方、図6に示されるように、太陽電池モジュール2では、複数の太陽電池ストリング10が、第2の部分32a2のx軸方向に沿った長さが異なる太陽電池ストリング10を含む。具体的には、y軸方向における外側に位置している太陽電池ストリング10a、10fにおける第2の部分32a2のx軸方向に沿った長さが、y軸方向における中央側に位置している太陽電池ストリング10b〜10eにおける第2の部分32a2のx軸方向に沿った長さよりも長い。太陽電池ストリング10b〜10eの相対的に長い第2の部分32a2には、太陽電池ストリング10a、10fの相対的に短い第2の部分32a2よりも太陽電池モジュール2の中央寄りに位置する部分において、引き出し電極42が電気的に接続されている。引き出し電極42の第2の部分32a2側の部分は、第2の部分32a2からy軸方向に沿って延びている。このため、太陽電池モジュール1とは異なり、太陽電池モジュール2では、引き出し電極42の第2の部分32a2側の部分に折れ曲がり部を設ける必要がない。よって、引き出し電極42の作製費用が低くなる。従って、太陽電池モジュール2の製造コストを低減することができる。
本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。例えば、第1及び第2の電極は、バスバー部を有さず、複数のフィンガー部により構成されているバスバーレスの電極であってもよい。
太陽電池モジュールは、ひとつの太陽電池のみを備えていてもよい。
以上のように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
1…太陽電池モジュール
10,10a〜10f…太陽電池ストリング
11…第1の保護部材
12…第2の保護部材
13…封止材層
20,20A〜20L…太陽電池
20a…受光面
20b…裏面
21…第1の電極
22…第2の電極
23…光電変換部
31〜33,32a、32b、33b…配線材
32a1…第1の部分
32a2…第2の部分
32a3…屈曲部
51…樹脂フィルム
52…配線
60…絶縁性シート

Claims (5)

  1. 一の方向に沿って配された複数の太陽電池ストリングと、
    隣り合う前記太陽電池ストリング同士を電気的に接続しており、金属箔からなる第1の配線材と、
    を備え、
    前記太陽電池ストリングは、
    一の方向に対して傾斜した他の方向に沿って配された複数の太陽電池と、
    隣り合う前記太陽電池のそれぞれの端部に接着されており、前記隣り合う太陽電池同士を電気的に接続している第2の配線材と、
    前記複数の太陽電池のうち、前記他の方向における最も端部に位置する太陽電池の他の方向における端部において当該太陽電池に電気的に接続されており、樹脂フィルム及び前記樹脂フィルムの上に配された金属箔を有する第3の配線材と、
    を有し、
    第3の配線材は、
    前記金属箔が前記太陽電池側を向いており、前記太陽電池に電気的に接続された第1の部分と、
    前記金属箔が前記太陽電池とは反対側を向くように前記太陽電池の上に配された第2の部分と、
    前記第1の部分と前記第2の部分とを接続している第3の部分と、
    を含み、
    前記第1の配線材は、前記隣り合う太陽電池ストリングの第2の部分同士を電気的に接続しており、
    前記第1の配線材と前記太陽電池との間、および、前記第3の配線材の前記第1の部分と前記第2の部分との間に配された絶縁性シートをさらに備える、太陽電池モジュール。
  2. 前記第1の配線材が、前記他の方向において、前記第2の部分と重なるように配されている、請求項1に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記太陽電池ストリング及び第1〜第3の配線材を封止している封止材と、
    前記第3の部分に電気的に接続されており、前記封止材の外部にまで引き出された引き出し電極と、
    をさらに備え、
    前記引き出し電極と前記太陽電池との間に配された絶縁性シートを備える、請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記複数の太陽電池ストリングは、第2の部分の前記他の方向に沿った長さが異なる太陽電池ストリングを含み、
    前記相対的に長い第2の部分の前記相対的に短い第2の部分よりも前記太陽電池モジュールの中央寄りに位置する部分に前記引き出し電極が接続されており、当該引き出し電極は、前記相対的に長い第2の部分から前記一の方向に沿って延びる部分を有する、請求項3に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記第3の配線材の前記第3の部分は、前記太陽電池と前記太陽電池の厚み方向において重なっている、請求項2に記載の太陽電池モジュール。
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