JP6412427B2

JP6412427B2 - 太陽電池モジュール、太陽電池モジュール用配線シートおよびその製造方法

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Publication number: JP6412427B2
Application number: JP2014264528A
Authority: JP
Inventors: 三宮　仁; 仁三宮; 土津田　義久; 義久土津田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP2016127053A; WO2016103883A1

Description

本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池モジュール用配線シートおよびその製造方法
に関するものである。

近年、エネルギー資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギーの開発が望まれており、特に太陽電池モジュールを用いた太陽光発電が新しいエネルギー源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。

このような太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルとしては、従来から、例えば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板とは反対の導電型の不純物を拡散することによってｐｎ接合を形成し、シリコン基板の受光面とその反対側の裏面にそれぞれ電極を形成した両面電極型太陽電池セルが主流となっている。

また、近年では、シリコン基板の裏面にｐ型電極とｎ型電極の双方を形成したいわゆる裏面電極型太陽電池セルの開発も進められており、絶縁性基材上に配線材が設けられた配線シートで裏面電極型太陽電池セル同士を電気的に接続した配線シート付き太陽電池セルを封止材中に封止した太陽電池モジュールを形成する方法も提案されている（たとえば特許文献１参照）。

また、裏面電極型太陽電池セルを使用した太陽電池モジュールにおいて、配線シート上に、太陽電池セルを縦横に並べて載置するが、例えば、特許文献２に示されるように、配線シートは、樹脂などの基材上に銅箔のシートを張り合わせ、さらにフォトレジストフィルムを張り合わせてフォトリソ法によりパターン形成し、さらにエッチングを施して銅箔をパターニングすることにより、配線シートを作成していた。

配線シートは、少なくとも、太陽電池モジュールを構成するすべての太陽電池を載置するための広さを必要とするため、太陽電池モジュールが大面積になるに従って、大型化してきている。

特開２００５−３４０３６２号公報特開２０１２−１４６７３２号公報

しかしながら、裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルを接続するために用いられる配線シートの配線を形成するためには、太陽電池モジュールの大きさに対応する大面積の銅箔をパターンエッチングする必要があり、太陽電池モジュールにほぼ相当する面積の銅箔のシートやフォトレジストフィルムを大量に消費する。そのため、配線シートのコストが大きく、太陽電池モジュールのコスト削減を妨げる原因となっていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、生産性の高い太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

本発明の太陽電池モジュール用配線シートは、受光面と反対側の面にｐ型電極とｎ型電極を有する裏面電極型太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに用いられる太陽電池モジュール用配線シートであって、配線シートは、シートと、シート上に設けられた第１の導電体と、第１の導電体をメッキすることにより形成された第２の導電体を備えるものである。

また、本発明の太陽電池モジュール用配線シートは、シートは、ＰＥＴ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ポリイミド樹脂のいずれかであるものを含む。

また、本発明の太陽電池モジュール用配線シートは、シート上に接着層を配置し、接着層上に第１の導電体を設けたものを含む。

また、本発明の太陽電池モジュールは、上記記載の太陽電池モジュール用配線シートを用いたものである。

また、本発明の太陽電池モジュール用配線シートの製造方法は、受光面と反対側の面にｐ型電極とｎ型電極を有する裏面電極型太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに用いられる太陽電池モジュール用配線シートの製造方法であって、シート上に金属ペーストを印刷して第１の導電体を形成する工程と、第１の導電体をメッキすることにより第２の導電体を形成する工程と含むものである。

本発明により、生産性の高い太陽電池を提供することができる。

本発明の配線シートの製造工程を示す模式的断面図である。本発明の配線シートの製造工程を示す模式的断面図である。本発明の配線シートの製造工程を示す模式的断面図である。本発明の配線シートの製造工程を示す模式的断面図である。本発明の配線シートを示す部分平面図である本発明の配線シートを示す平面図である本発明の太陽電池モジュールの製造方法を示す模式的断面図である。本発明の太陽電池モジュールの製造方法を示す模式的断面図である。本発明の太陽電池モジュールの製造方法を示す模式的断面図である。本発明の太陽電池モジュールを示す模式的段面図である。本発明の太陽電池モジュールを示す模式的段面図である。本発明の太陽電池モジュールを示す平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る説明する。以下の説明では同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについて詳細な説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１から図４は、本発明の太陽電池モジュールに使用される配線シートの製造法を示す模式的断面図である。太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの１枚を載置する部分を示して説明する。まず、図１に示すように、配線シートの基材であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート)樹脂などの樹脂シート１１を準備する。樹脂シート１１の面積は、太陽電池モジュールの大きさに応じて適宜選択される。樹脂シート１１の厚さは、７０μｍ程度である。ＰＥＴのほかにＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）樹脂、ポリイミド樹脂などの１５０℃程度の熱処理に耐えられる樹脂シートが使用可能である。

次に、図２に示されるように、樹脂シート上に０．５μｍから５μｍの厚さの接着層１２を塗布する。接着層１２に使用する樹脂としては、オレフィン系樹脂やエポキシ系樹脂が用いられる。特に溶融状態での塗布後に接着層として常温で硬化し、配線パターン印刷後の熱処理により軟化して、配線パターンを固定する樹脂が望ましい。

次に、図３に示されるように、銅ペーストをスクリーン印刷することにより、接着層１２上に配線パターン形状を印刷する。スクリーン印刷により銅ペーストは、３μｍ程度の厚さで印刷される。スクリーン印刷に使われる銅ペーストの粘度は、５０Ｐａ・ｓであり、印刷圧力は０．３５ＭＰａであり、印刷スピードは、９０００ｍｍ/秒である。

次に、大気中で１５０℃にて１２分程度加熱することにより、第１の導電体１３を形成する。このとき焼成後の第１の導電体１３の厚さは１μｍ程度である。加熱することにより、銅ペーストが硬化するとともに、接着層１２と第１の導電体１３との接着強度が高まる。

次に、図４に示されるように、第１の導電体１３に通電して電解メッキを施すことにより、第１の導電体上に、第２の導電体を形成して配線パターン１５を得る。第２の導電体１４の厚さは２５μｍ〜５０μｍ程度である。なお電解メッキよって、第１の導電体１３の側面もメッキが施されるが厚み方向を強調した図であるため図面では省略されている。配線シート１６は、太陽電池セルで発電した電流が流れるため低抵抗にする必要があり、電解メッキによって、純度の高い銅の厚膜である第２の導電体１４を形成することにより、抵抗の低い配線パターン１５有する配線シート１６を得ることができる。

図５は、本発明の配線シートを示す部分平面図であり、１つの太陽電池セルに載置する部分に対応する図である。配線シート１６上に太陽電池セルのｐ型電極に接続するための配線パターン１５ａとｎ型電極に接続するための配線パターン１５ｂが配置されている。配線パターン１５ａ、１５ｂは多数の平行な直線状の部分(歯部）と、直線状の部分の端部を接続する部分(基部）からなる櫛歯状の形状を有しており、配線パターン１５ａと配線パターン１５ｂの歯部が互い違いに位置するように配置されている。配線パターン１５ａの基部および配線パターン１５ｂの基部は、それぞれ隣接する配線パターンに接続している。１辺１５７ｍｍの太陽電池１枚を載置するための多数の平行な直線状の部分(歯部）の１本の配線の幅は５００μｍで、長さは１５６ｍｍであり、配線の本数は、配線パターン１５ａ，１５ｂを合計して２００本以上である。配線シート全体としては、櫛歯状のパターンが太陽電池の配列にしたがって縦横につながったパターンが用いられる。

図６は、本発明の配線シートを示す平面図である。配線シート１６は、図５に示されるような配線パターンが太陽電池セルの配列に対応して縦横に並べられ、それぞれ隣接する配線パターンと電気的に接続した配線パターン１５を有している。配線パターン１５は、４２枚の太陽電池セルを載置するものであり、縦方向に７枚、横方向に６枚の太陽電池を載置することができる。配線パターン１５上に太陽電池を載置することで、正極側パターン１５ｃから負極側配線パターン１５ｄの間に４２枚の太陽電池を直列に接続することができる。配線パターン１５は、上辺、下辺で折り返すように接続するようになっているが、折り返し部分の抵抗を小さくするため折り返し部分１５ｅ上にバスバーと呼ばれる金属部品を載置する。

本例の太陽電池モジュールの太陽電池を直列に配線シート１５の大きさは、横１０００ｍｍ程度、縦１２００ｍｍ程度であり、従前の方法で配線パターンを形成すれば、配線シートと同じ大きさの銅箔および配線シートと同じ大きさのフォトレジストフィルムを必要としていたが、上述のように、印刷工程とメッキ工程を経て配線シートを形成することにより、省資源化を実現することができる。また、フォトリソ法が不要であるので、コストダウンが実現でき、生産性が向上する。尚、配線シートは1シートである必要はなく、複数のシートに分割されていてもよい。複数に分割することにより、歩留の向上が図れ、配線シートパターンの組み合わせにより、複数のモジュールサイズに対応することが可能となる。

図７から図９は本発明の太陽電池モジュールの製造方法を示す模式的断面図である。図７に示されるように、半導体基板２１の受光面とは反対側の裏面にｐ型半導体に電気的に接続するｐ型電極２２と、ｎ型半導体に電気的に接続するｎ型電極２３の両電極を有する裏面電極型の太陽電池セル２０を準備する。

続いて、図８に示されるように、太陽電池セル２０を配線シート１６上に配置するために、あらかじめｐ型電極２２とｎ型電極２３の間には絶縁樹脂２５が塗布される。この絶縁樹脂２５を加熱することにより硬化させる。その後、太陽電池セルのｐ型電極２２とｎ型電極２３上に配線シートの配線に接続するための導電性接着材２４が塗布される。絶縁樹脂２５は、例えば、エポキシ系樹脂が用いられる。導電性接着材２４および絶縁樹脂２５は、スクリーン印刷などを用いて太陽電池セルの裏面に印刷して配置することができる。

次に、配線シート１６上に導電性接着材２４および絶縁樹脂２５が配置された太陽電池セル２０を縦横に配置する。このとき、太陽電池セル２０は、導電性接着材２４によって、ｐ型電極２２が配線パターン１５ａに、ｎ型電極２３が配線パターン１５ａにそれぞれ電気的に接続するように配置される。太陽電池セル２０の太陽電池セル２０上に透明なＥＶＡシート３２を載置し、さらに透明なカバーガラス３３を載置する。その後、積層した部材を上下反転させ、ＥＶＡ(ポリエチレンビニルアセテート）シート３１、バックシート３０を重ね、セル同士を直列接続するための配線とバックシートの裏面側への端子取出しを行う。次に、これらをラミネーターで加圧圧着することにより、図１０のような構造の太陽電池モジュールが形成される。

図１０は本発明の太陽電池モジュールを示す模式的部分断面図である。太陽電池モジュール１０において、バックシート３０上にＥＶＡシート３１が重ねられ、その上に配線シート１６が重ねられている。配線シート１６は、樹脂シート１１上に接着層１２が塗布されて、さらに、接着層１２上に配線パターン１５が形成されてなるものである。配線パターン１５は、導電性材料の印刷により形成された第１の導電体１３と第１の導電体１３上にメッキにて形成された第２の導電体１４からなる。

太陽電池セル２０は、受光面と反対側の裏面に、ｐ型電極２２とｎ型電極２３を有した裏面電極型の太陽電池セルである。太陽電池セル２０は、配線シート１６上に載置されており、ｐ型電極２２とｎ型電極２３は導電性接着材２４を介して配線パターン１５に電気的に接続している。櫛歯状の配線パターン１５の配線同士の間や、隣り合うｐ型電極２２とｎ型電極２３の間には、絶縁樹脂２５が充填されている。太陽電池セル２０は、配線シート１６とカバーガラス３３の間に位置するが、太陽電池セル２０の周りは、ＥＶＡシート３２が充填されている。

図１１は本発明の太陽電池モジュールの模式的断面図であり、図１２は本発明の太陽電池モジュールの平面図である。太陽電池セル２０は配線シート１６上に並べられて載置され、ＥＶＡシート３１、３２よって上下から封止されている。配線シートの１６の各辺はＥＶＡシート３１、３２で封止されるＥＶＡシート３２の上面は透明なカバーガラス３３があり、エバシート３１の下面はバックシート３０が配置されている。枠体３４はカバーガラス３３、エバシート３１、３２、バックシート３０の各辺に嵌めこまれており、枠体の隙間にはシリコーン樹脂の充填材３５が充填されている。太陽電池２０および配線シート１６は、バックシート３０、カバーガラス３３および充填材３５によって包囲されことにより、防水性が確保される。

本発明によれば、配線シートの配線パターンを、シート上に形成した接着層への導電体の印刷および、導電体へのメッキによって形成するので、配線シートの形成にエッチング工程が不要であり、大面積の銅箔やドライフィルムが不要となるので、省資源化を実現するとともに、生産性を高めることができる。

（実施の形態２）
配線シート形成工程において、接着層１２上にスクリーン印刷を用いて第１の導電体１３を形成する際に、印刷材料としてＡｇペーストを用いる。接着層１２上にＡｇペーストをスクリーン印刷を用いて３μｍ程度の厚さで印刷した後、大気中で１５０℃にて１０分程度焼成することにより、第１の導電体１３を形成することができる。スクリーン印刷に使われるＡｇペーストの粘度は３０Ｐａ・ｓであり、印刷圧力は０．３ＭＰａであり、印刷スピードは、１００００ｍｍ／秒である。

印刷によって形成されたＡｇペーストを焼成すると厚さ２．５μｍ程度の銀の配線パターンとなる。導電率の高い銀の第１の導電体１３が形成されるので、第１の導電体１３上に電解メッキで形成される第２導電体１４も効率よく形成され、品質が向上する。

（実施の形態３）
配線シート形成工程において、接着層１２上にスクリーン印刷を用いて第１の導電体１３を形成する際に、印刷材料としてＣｕ錯体ペーストを用いる。接着層１２上にＣｕ錯体ペーストを３０μｍ程度の厚さで印刷した後、窒素雰囲気中で１５０℃にて焼成すると、Ｃｕが還元されて純度の高い銅の第１導電体１３を形成することができる。スクリーン印刷に使われるＣｕ錯体ペーストの粘度は３５Ｐａ・ｓであり、印刷圧力は０．３ＭＰａであり、印刷スピードは、１００００ｍｍ／秒である。

スクリーン印刷によって形成された３０μｍ程度の厚さのＣｕ錯体ペーストが、焼成後は厚さ１μｍ程度の銅の配線パターンとなる。導電率の高い第１導電体が形成されるので、電解メッキで形成される第２導電体１４も効率よく形成され、品質も向上する。

（実施の形態４）
配線シート形成工程において、Ｃｕペーストをインクジェット法により接着層１２上に印刷する。印刷後、大気中で１５０度にて１０分程度焼成することにより、第１の導電体１３を形成することができる。形成する配線パターンの変更が容易であり、多品種生産に向いている。第１の導電体１３形成後、第２の導電体１４を電解メッキにて形成する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…太陽電池モジュール
１１…樹脂シート
１２…接着層
１３…第１の導電体
１４…第２の導電体
１５…配線パターン
１５ａ…配線パターン
１５ｂ…配線パターン
１６…配線シート
１７…Ａｇ層
１８…Ｔｉ層
１９…金属層
２０…太陽電池セル
２１…半導体基板
２２…ｐ型電極
２３…ｎ型電極
２４…導電性接着材
２５…絶縁樹脂
３０…バックシート
３１…ＥＶＡシート
３２…ＥＶＡシート
３３…カバーガラス
３４…枠体

Claims

受光面と反対側の面にｐ型電極とｎ型電極を有する裏面電極型太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに用いられる太陽電池モジュール用配線シートであって、
前記配線シートは、シートと、
前記シート上に配置された、厚さが０．５μｍから５μｍである平面状の接着層と、
前記接着層上に金属ペーストを印刷して設けられた第１の導電体と、
前記第１の導電体をメッキすることにより形成された第２の導電体を備える太陽電池モジュール用配線シート。
前記シートは、ＰＥＴ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ポリイミド樹脂のいずれかである請求項１記載の太陽電池モジュール用配線シート。
請求項１または請求項２のいずれかに記載の太陽電池モジュール用配線シートを用いた太陽電池モジュール。
受光面と反対側の面にｐ型電極とｎ型電極を有する裏面電極型太陽電池セルを有する
陽電池モジュールに用いられる太陽電池モジュール用配線シートの製造方法であって、
シート上に、塗布により厚さが０．５μｍから５μｍである接着層を形成する工程と、
前記接着層上に金属ペーストを印刷して第１の導電体を形成する工程と、
前記第１の導電体をメッキすることにより第２の導電体を形成する工程を、を含む太陽電池モジュール用配線シートの製造方法。
前記接着層を溶融状態で塗布後に、常温で硬化し、
前記第１の導電体を形成後に、前記接着層を熱処理により軟化する工程をさらに有する、請求項４に記載の製造方法。