JP6995828B2 - 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。
単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板等の結晶半導体基板を用いた結晶系太陽電池は、受光面側にパターン状の金属電極を備える。単面入射型の太陽電池では、半導体基板で吸収されずに裏面に到達した光の有効利用や、キャリア回収効率向上を目的として、セルの裏面側の略全面に金属膜が設けられる。
結晶系太陽電池は１つのセルの面積が小さいため、配線材（インターコネクタ）を介して複数のセルを電気的に接続した太陽電池ストリングを、受光面側のガラス板と裏面側のバックシートとの間に封止することによりモジュール化したものが実用に供される。太陽電池モジュールを屋外で長期使用すると、セルと配線材との寸法変化の相違に起因して、セルからの配線材の剥離や、セルの反り、セルの破損等が生じ、特性が低下する場合がある。
特許文献１では、セルの裏面に設けられたＡｌ膜状電極上に半田等を用いて配線材を接続した後、膜状電極および配線材を覆うように銅箔等の金属箔を設けた太陽電池モジュールが開示されている。このモジュールでは、膜状電極および配線材を覆うように設けられた金属箔が直列抵抗低減に寄与するため、配線材の厚みを小さくできる。そのため、セルと配線材との接続部分の応力を低減可能であり、セルの反りや割れを抑制できる。
特許文献２では、裏面の膜状電極に設けられた開口下にシリコン基板を露出させ、シリコン基板と配線材とを導電性接着剤を介して接続することにより、配線材の接着性を向上している。特許文献３等に開示されているＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造の太陽電池では、基板裏面のパッシベーション膜上に膜状の金属電極を形成し、この金属電極の開口から露出するように設けられたＡｇ電極を配線材と半田接続することにより、セルと配線材との接着性を高めている。
特許文献２や特許文献３に開示されているように、太陽電池の電極と配線材とを部分的に接続する場合は、接触抵抗が増大する場合がある。一方、配線材の全面を太陽電池と接続すると、応力に起因する配線材の剥がれやセルの破損等が生じやすく、信頼性が低下する場合がある。上記に鑑み、本発明は太陽電池と配線材との接触抵抗が小さく、かつ信頼性に優れる太陽電池モジュールの提供を目的とする。
本発明の太陽電池モジュールは、受光面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配線材を介して接続された太陽電池ストリングを備える。太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に配置された金属膜とを有する。
金属膜は、配線材との接続領域において、配線材の延在方向に沿って複数の開口を有する。太陽電池の裏面側では、配線材が、金属膜と接着層を介して接続されている。さらに、金属膜の開口から露出した光電変換部または光電変換部上に固定された電極も、接着層を介して配線材と接続されている。金属膜と光電変換部との間には非接合部が存在する。
金属膜は、配線材との接続領域において、配線材の延在方向に沿って、開口が設けられている領域の長さの合計が、開口が設けられていない領域の長さの合計の０．３～３倍であることが好ましい。金属膜は、アルミニウム、銅、および銀からなる群から選択される金属を主成分とするものが好ましい。
太陽電池の裏面において配線材の接続には導電性接着フィルムを用いることが好ましい。配線材としては、受光面側の表面に凹凸構造を有するものが好ましく用いられる。
本発明の太陽電池モジュールは、温度変化に伴う特性低下が抑制され、高い信頼性を有する。
図１は、本発明の一実施形態の太陽電池モジュール（以下、「モジュール」と記載する）の模式的断面図である。モジュール２００は、複数の太陽電池１０１，１０２，１０３（以下、「セル」と記載する）を備える。それぞれのセルは、結晶半導体基板１を含む光電変換部５０の受光面および裏面に電極を備える。
モジュール２００では、隣接するセルが配線材８３，８４を介して接続されてストリングを形成している。ストリングの受光面側（図１の上側）には、受光面保護材９１が設けられ、裏面側（図１の下側）には裏面保護材９２が設けられている。モジュール２００では、保護材９１，９２の間に封止材が充填されることにより、ストリングが封止されている。
図２は、一形態のセルの受光面の平面図であり、図３はセルの裏面の平面図である。図４は、図２および図３のＡ－Ａ線における断面図である。図４に示すセル１０１はいわゆるＰＥＲＣ構造の太陽電池であり、光電変換部５０は、結晶半導体基板としてシリコン基板１を含んでいる。
シリコン基板１は、第一導電型領域１１の受光面側表面に第二導電型領域１２を有する。第一導電型領域と第二導電型領域とは異なる導電型を有する半導体領域であり、一方がｐ型、他方がｎ型である。以下では第一導電型をｐ型、第二導電型をｎ型として図３のセルの構成について説明する。
シリコン基板１は単結晶でも多結晶でもよい。シリコン基板１の厚みは１００～３００μｍ程度である。ｐ型シリコン基板１の第一導電型領域１１には、ドーパントとして、ホウ素、ガリウム等のｐ型ドーパントが含まれている。第二導電型領域１２には、リン等のｎ型ドーパントが含まれている。シリコン基板１の受光面側の表面には、高さ１～１０μｍ程度の凹凸が形成されていることが好ましい。受光面に凹凸が形成されることにより、受光面積が増大するとともに反射率が低減するため、光閉じ込め効率が高められる。基板の裏面側にもテクスチャ構造が設けられていてもよい。
シリコン基板１の受光面（ｎ型領域１２側）には反射防止層３が設けられ、シリコン基板１の裏面（ｐ型領域１１側）にはパッシベーション膜２が設けられている。シリコン基板１と、シリコン基板１の表裏に設けられた反射防止層３およびパッシベーション膜２が光電変換部５０を構成している。光電変換部５０の受光面には、反射防止層３上に受光面電極７が設けられている。光電変換部５０の裏面には、パッシベーション膜２上に電極としての金属膜５および裏面バスバー電極６が設けられている。ＰＥＲＣ構造のセルでは、これらの電極に加えて、パッシベーション膜２を貫通する貫通電極４が設けられている。
反射防止層３は、セル１０１の受光面に照射された光の反射率を低減することにより、シリコン基板１への光取り込み量を増大させる作用を有する。反射防止層３は、例えば、屈折率が１．５～２．５程度、厚みが５０～１２０ｎｍ程度である。反射防止層３の材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、サイアロン等の絶縁材料が用いられる。
シリコン基板１の裏面に設けられたパッシベーション膜２は、シリコン基板１に対するパッシベーション効果をもたらし、キャリア再結合を低減する作用を有する。パッシベーション膜２の厚みは、例えば１０～２００ｎｍ程度である。パッシベーション膜２の材料としては、酸化アルミニウム等の絶縁材料が用いられる。酸化アルミニウム等の負の電荷を有するパッシベーション膜を用いれば、電界効果によって少数キャリアである電子が基板１とパッシベーション膜２との界面から遠ざけられるため、少数キャリアの再結合を低減できる。なお、シリコン基板１の第一導電型領域がｎ型の場合には、裏面に設けられるパッシベーション膜として窒化シリコン等の正の電荷を有する材料を用いることが好ましい。
受光面電極７は所定のパターン形状を有し、金属電極が設けられていない部分から光を取り込むことができる。金属電極のパターン形状は特に限定されないが、図２に示すように、平行に並んだ複数のフィンガー電極７１、およびフィンガー電極に直交して延在するバスバー電極７２からなるグリッド状に形成されることが好ましい。
フィンガー電極７１は、シリコン基板１で生成した光キャリアを集めて、バスバー電極７２に輸送するための電極である。図４に示すように、フィンガー電極７１は、反射防止層３を貫通して、基板１のｎ型領域１２に達するように設けられている。例えば、反射防止層上に銀ペーストを印刷し、加熱を行うことにより、反射防止層を貫通する銀電極を形成できる（ファイアースルー法）。フィンガー電極７１の幅は例えば３０～２００μｍ程度であり、互いに１～３ｍｍ程度の間隔を空けて設けられる。
バスバー電極７２は、フィンガー電極から輸送された光キャリアをセルの外部に取り出すための電極であり、モジュールにおいてはバスバー電極７２に配線材８３が接続される。バスバー電極７２の幅は例えば０．３～５ｍｍ程度であり、１つのセルに２～５本程度のバスバー電極が設けられる。図４では反射防止層３上にバスバー電極７２が設けられているが、バスバー電極は、フィンガー電極と同様に反射防止層を貫通するように設けられていてもよい。
貫通電極４は、パッシベーション膜２を貫通するように設けられる。貫通電極４の一端はシリコン基板１の第一導電型領域１１に接しており、他端は膜状電極５と接している。貫通電極４は、平面視ドット状または帯状で、シリコン基板１の裏面の全体に設けられている。パッシベーション膜２を貫通するように孔を設ける方法としては、レーザ加工等により基板１に達するスルーホールを形成する方法や、ファイアースルー法が挙げられる。ファイアースルー法によりアルミニウムを含む貫通電極４を形成すれば、シリコン基板１へのアルミニウムの拡散により、バックサーフェスフィールド（ＢＳＦ）領域（不図示）を形成できる。貫通電極４の径（幅）は６０～５００μｍ程度、ピッチは３００～２０００μｍ程度が好ましい。
膜状電極５は、パッシベーション膜２および貫通電極４を覆うように設けられた金属膜であり、貫通電極４からキャリアを回収し、裏面バスバー電極６または配線材８４にキャリアを輸送する作用を有する。そのため、膜状電極５は、基板の裏面の略全面を覆い、基板の裏面に設けられた全ての貫通電極４と接触可能に設けられていることが好ましい。膜状電極５の厚みは、例えば３～１００μｍ程度である。
膜状電極５は開口を有しており、開口から裏面バスバー電極６が露出している。複数の裏面バスバー電極６は、図３に示すように一方向に沿って直線状に配置されている。裏面バスバー電極６は、パッシベーション膜２を貫通してシリコン基板１に達するように設けられていてもよい。裏面バスバー電極６の厚みは１～３０μｍ程度であり、幅は０．３～５ｍｍ程度である。裏面バスバー電極６は、例えば、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することにより形成できる。
図５Ａは、配線材８３，８４が接続されたセルの模式断面図である。図５Ｂは図５Ａの囲み部分の拡大図であり、セルの裏面側における電極の接合状態を示している。図５Ａに示すように、受光面のバスバー電極７２および裏面の電極５，６に、接着層８８，８９を介して配線材８３，８４が接続される。隣接する２つのセルの一方のセルの受光面のバスバー電極７２と他方のセルの裏面バスバー電極６とを配線材を介して接続することにより、太陽電池ストリングが形成される。配線材８３，８４としては銅箔やめっき銅箔等が用いられる。受光面側に凹凸構造を有する配線材（いわゆる光拡散タブ配線）を用いることにより、配線材に入射した光を散乱させ、受光面保護材９１での再反射光をセルに取り込むことができ、モジュールの光利用効率が高められる。
セルの裏面では、バスバー電極６が直線状に配置されている領域が配線材８４との接続領域となる。この接続領域では、配線材の延在方向（ｘ方向）に沿って、膜状電極５が設けられている領域と、膜状電極５の開口からバスバー電極６が露出している領域とが交互に配置されている。
一般的なＰＥＲＣセルでは、パッシベーション膜上および貫通電極上に、アルミニウムを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷等によって塗布し、焼成することにより、バスバー電極形成領域に開口を有する膜状電極が形成される。この膜状電極は、セル裏面のパッシベーション膜および貫通電極と接合状態にあり、かつ裏面バスバー電極に物理的・電気的に接続されている。一般的なＰＥＲＣセルを用いたモジュールでは、裏面バスバー電極と配線材とが半田接合により電気的に接続され、膜状電極と配線材とは接合されていない。貫通電極から膜状電極に輸送された光キャリアは、膜状電極からバスバー電極を介して配線材に輸送される。
これに対して、本発明のモジュールにおいては、図５Ａに示すように、裏面バスバー電極６だけでなく、膜状電極５も接着層８９を介して配線材８４に接合されている。一方、膜状電極５はセル裏面のパッシベーション膜２および貫通電極４との間に非接合部分を有する。「非接合」とは、典型的には図５Ｂに示すように、間に空間５９が存在する非接触の状態である。また、両者が接触していても、界面で接合しておらず、押圧、吸着、静電気等の物理的外力が付与されていない状態において剥離可能である場合は「非接合」に含まれる。一方、接着剤や半田等の接着層を介して接着されている場合や、印刷、めっき、ＣＶＤ，スパッタ等により膜が密着形成され接合している場合は、「非接合」には該当しない。
膜状電極５が、貫通電極４を有する光電変換部５０の裏面との間に非接合部を有するため、封止によりモジュール化する前のストリングにおいては、光電変換部５０と膜状電極５との電気的接続が十分ではない場合がある。一方で、封止後のモジュールにおいては、封止の圧力によって膜状電極５が光電変換部５０の裏面に密着するため、セル裏面の貫通電極４と膜状電極５との電気的接続を確保できる。
本発明のモジュールは、膜状電極５と光電変換部５０とが非接合部を有することにより、温度変化に伴うセルや配線材の寸法変化が生じた場合でも、応力の集中を回避でき、セルからの配線材の剥離や、セルの破損等を抑制できる。また、膜状電極５と配線材８４とが接着層８９を介して接合され電気的に接続されているため、温度変化による配線材の断線等が生じた場合でも、膜状電極５を介してセルの面内でキャリアを輸送でき、抵抗の上昇を抑制できる。そのため、本発明のモジュールは、温度サイクル耐久性に優れ、高い信頼性を有する。
光電変換部５０との間に非接触部分を有する膜状電極５としては、例えば金属箔が用いられる。裏面バスバー電極６の形成部分に対応する位置に開口を有する金属箔を光電変換部５０上に配置して、金属箔の開口から裏面バスバー電極６を露出させた状態で、導電性接着剤や半田等の導電性材料を介して配線材を接続すれば、裏面バスバー電極６および膜状電極５としての金属箔と配線材８４とが接着層８９を介して接続される。裏面バスバー電極６は、光電変換部５０上に固定されているため、配線材８４が裏面バスバー電極６および膜状電極５と接着層８９を介して接続されることにより、膜状電極５は、光電変換部５０とは非接合の状態で光電変換部の裏面上で位置が固定される。
光電変換部５０の裏面に膜状電極５を形成した後、膜状電極を光電変換部から剥離させることにより非接合部を設けてもよい。例えば、一般的なＰＥＲＣセルと同様に、印刷等により、光電変換部５０の裏面（パッシベーション膜２上および貫通電極４上）に膜状電極５を設け、裏面バスバー電極６および膜状電極５と配線材８４とを接着層８９を介して接続する。配線材８４と膜状電極５とが接着層８９により強固に接合されている状態で応力が付与されると、光電変換部５０と膜状電極５との界面で剥離が生じ、非接合部を形成できる。
接着層として半田を用いて配線材を接続した場合は、アルミニウムを主成分とする膜状電極は半田との接着性が低いため、応力を付与すると膜状電極の半田接続界面で剥離が生じやすい。一方、接着層の材料として導電性接着剤を用いた場合は、膜状電極５と配線材８４とが強固に接着するため、膜状電極５と配線材８４との間の接着力が、膜状電極５と光電変換部５０との接着力よりも大きくなる傾向がある。そのため、界面に応力がかかると、接着層８９を介した膜状電極５と配線材８４との接合状態が維持され、相対的に接着力が小さい光電変換部５０と膜状電極５との界面での剥離が生じやすく、膜状電極５と光電変換部５０との間に非接合部を形成できる。
配線材８４との接続に伴う応力により、膜状電極５と光電変換部５０との間に非接合部を設けるためには、配線材８４と膜状電極５との接着力が高いことに加えて、配線材８４との接続部分における応力が大きいことが好ましい。例えば、幅や厚みが大きく剛直性の高い配線材を用いれば、接続後の寸法変化に起因するセルの反りが生じやすく、これに伴う応力によって、図５Ｂに示すように光電変換部５０から膜状電極５が剥離して、非接合部としての空間５９が生じる。光電変換部から膜状電極が剥離すれば、応力が解放されるため、セルの反りは解消する傾向がある。
配線材の幅を大きくすると、セルと配線材との接触面積が増大して接着性を向上できる反面、受光面における遮光面積の増大に伴うシャドーイングロスの影響が大きくなる。そのため、受光面側に凹凸構造を有する光拡散タブ配線を用いることが好ましい。光拡散タブ配線とセルの裏面との接合には、接着層８９として導電性接着フィルムを用いることが好ましい。
膜状電極５と光電変換部５０との界面は、全体が非接合状態でもよく、非接合部と接合部とが存在していてもよい。モジュールにおける配線材とセルとの間の応力を低減する観点からは、配線材接続領域における膜状電極５が光電変換部５０との間に非接合部を有していることが好ましい。換言すると、配線材８４の直下において、膜状電極５と光電変換部５０とが非接合状態であることが好ましい。前述のように、配線材８４との接続に起因する応力によって、光電変換部５０と膜状電極５との界面に剥離を生じさせることにより、配線材８４の直下の膜状電極５と光電変換部５０とを非接合状態にできる。
セル裏面の配線材接続領域において、配線材の延在方向に沿って開口が設けられている領域の長さＷ２の合計は、開口が設けられていない領域の長さＷ１の合計の０．３～３倍が好ましく、０．５～２倍がより好ましく、０．７～１．５倍がさらに好ましい。Ｗ２／Ｗ１が過度に大きい場合（開口の比率が大きい場合）は、膜状電極の開口から露出した光電変換部または光電変換部上に固定された裏面バスバー電極と配線材との接続面積が大きいため、温度変化に伴うセルや配線材の寸法変化が生じた場合に、応力が散逸し難い。一方、Ｗ２／Ｗ１が過度に小さい場合（開口の比率が小さい場合）は、膜状電極の開口から露出した光電変換部または光電変換部上に固定された裏面バスバー電極と配線材との接続面積が小さく、配線材の接続が不安定となる傾向がある。Ｗ２／Ｗ１が上記範囲であれば、配線材８４とセルの固定部分（裏面バスバー電極６）との接合状態を維持しつつ、膜状電極５と配線材８４との接続部分で応力を散逸できるため、モジュールの耐久性を向上できる。
太陽電池ストリングの受光面側および裏面側に封止材を配置し、受光面保護材９１と裏面保護材９２との間で封止することにより、モジュールが得られる。封止材としては、オレフィン系エラストマーを主成分とするポリエチレン系樹脂組成物、ポリプロピレン、エチレン／α‐オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透明樹脂を用いることが好ましい。受光面側と裏面側の封止材の材料は、同一でも異なっていてもよい。
受光面保護材９１は光透過性であり、ガラスや透明プラスチック等が用いられる。裏面保護材９２としては、光反射性のフィルムが好ましく用いられる。光反射性の裏面保護材としては、金属色または白色等を呈するものが好ましく、白色樹脂フィルムや、樹脂フィルム間にアルミニウム等の金属箔を挟持した積層体等が好ましく用いられる。
太陽電池ストリングの受光面側および裏面側のそれぞれに封止材および保護材を配置して積層した状態で、加熱圧着することにより、セル間やモジュールの端部にも封止材が流動してモジュール化が行われる。モジュール化の際の圧力により、膜状電極５が、光電変換部５０の裏面に密着するため、貫通電極４と膜状電極５との電気的接続を確保できる。
ＰＥＲＣ構造のセルを用いたモジュールについて説明したが、本発明の太陽電池モジュールに含まれるセルは、半導体基板を含む光電変換部の裏面に開口を有する金属膜が設けられていれば、その構成は特に限定されない。金属膜としては、アルミニウムの他に、銅や銀等を主成分とするものが好ましく用いられる。これらの金属は導電性に優れるとともに、長波長光の反射率が高いため、半導体基板で吸収されずにセルの裏面に到達した赤外光を反射して半導体基板に再入射させ、光利用効率を向上できる。
光電変換部の裏面にはバスバー電極が設けられていなくてもよい。バスバー電極が設けられていない場合は、金属膜の開口下に露出した光電変換部と配線材とを導電性接着剤等により接合すればよい。
以下では、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［太陽電池の準備］
単結晶シリコン基板を用いたセルとして、ＰＥＲＣセルを準備した。ＰＥＲＣセルは、受光面にピラミッド状の凹凸が設けられた厚み２００μｍの６インチｐ型単結晶シリコン基板（１辺の長さが１５６ｎｍのセミスクエア型）の受光面側にリンがドープされたｎ型半導体領域を有し、その表面に窒化シリコン反射防止層が設けられていた。反射防止層上には、バスバー電極とフィンガー電極とからなるグリッド状の銀ペースト電極が設けられていた。シリコン基板の裏面側には、酸化アルミニウムパッシベーション膜が設けられ、パッシベーション膜を貫通するようにアルミニウム貫通電極が設けられており、パッシベーション膜および貫通電極に接するようにアルミニウム膜状電極が設けられていた。図３に示すように、膜状電極には開口が設けられており、開口下にＡｇペーストの印刷および焼成により形成された裏面バスバー電極が露出していた。バスバー電極の延在方向に沿って、膜状電極が設けられている領域の長さＷ１の合計と、開口が形成されている領域の長さＷ２の合計との比Ｗ２／Ｗ１は、約０．７であった。受光面および裏面ともにバスバー電極の数は３本であり、受光面のバスバー電極の幅はそれぞれ１．５ｍｍ、裏面のバスバー電極の幅はそれぞれ３ｍｍであった。
単結晶シリコン基板を用いたセルとして、ＰＥＲＣセルを準備した。ＰＥＲＣセルは、受光面にピラミッド状の凹凸が設けられた厚み２００μｍの６インチｐ型単結晶シリコン基板（１辺の長さが１５６ｎｍのセミスクエア型）の受光面側にリンがドープされたｎ型半導体領域を有し、その表面に窒化シリコン反射防止層が設けられていた。反射防止層上には、バスバー電極とフィンガー電極とからなるグリッド状の銀ペースト電極が設けられていた。シリコン基板の裏面側には、酸化アルミニウムパッシベーション膜が設けられ、パッシベーション膜を貫通するようにアルミニウム貫通電極が設けられており、パッシベーション膜および貫通電極に接するようにアルミニウム膜状電極が設けられていた。図３に示すように、膜状電極には開口が設けられており、開口下にＡｇペーストの印刷および焼成により形成された裏面バスバー電極が露出していた。バスバー電極の延在方向に沿って、膜状電極が設けられている領域の長さＷ１の合計と、開口が形成されている領域の長さＷ２の合計との比Ｗ２／Ｗ１は、約０．７であった。受光面および裏面ともにバスバー電極の数は３本であり、受光面のバスバー電極の幅はそれぞれ１．５ｍｍ、裏面のバスバー電極の幅はそれぞれ３ｍｍであった。
［ストリングの形成による膜剥がれ有無の検証］
上記のＰＥＲＣセルに、表１に示す幅および厚みを有する銅配線材を接続し、９つのセルが直列に接続されたストリングを作製した。水準１～３および水準５では、配線材として、表裏が平面状で凹凸を有していないリボン状の半田めっき銅箔を用いた。水準４では、受光面側に凹凸構造を有する銅箔の表面に銀を被覆した光拡散タブ配線を用いた。
上記のＰＥＲＣセルに、表１に示す幅および厚みを有する銅配線材を接続し、９つのセルが直列に接続されたストリングを作製した。水準１～３および水準５では、配線材として、表裏が平面状で凹凸を有していないリボン状の半田めっき銅箔を用いた。水準４では、受光面側に凹凸構造を有する銅箔の表面に銀を被覆した光拡散タブ配線を用いた。
受光面は、バスバー電極上の全面を配線材と半田により接続した。水準１～４では、配線材接続領域のバスバー電極上および膜状電極上の全面に導電性接着フィルム（ＣＦ）を配置してセル裏面側の配線材の接続を行った。水準５では、バスバー電極上への半田接続により、セル裏面側の配線材の接続を行った。ＣＦを用いた配線材の接続は、２００℃で実施し、その後室温まで放冷した。配線材を接続後のセルの裏面の膜状電極の剥がれの有無を目視にて確認した。結果を表１に示す。
ＣＦを用いて配線材の全面をセルの裏面と接続した水準１～４では、配線材の断面積の増大に伴って、裏面のＡｌ膜状電極が剥離する傾向がみられた。配線材の断面積が大きい場合には、加熱環境下での接着後の温度変化に伴うセルと配線材との接続界面の応力が大きいため、相対的に接着性の小さいセル裏面と膜状電極との界面で剥離が生じたと考えられる。一方、水準５では、水準４と略同一の断面積を有する配線材を用いたが、セルの裏面ではＡｌ膜状電極と配線材とが接続されていないため、Ａｌ膜状電極の剥離が生じなかったと考えられる。
［モジュールの作製および温度サイクル試験］
裏面膜状電極の剥がれが生じていた水準４のストリング、および裏面膜状電極の剥がれが生じていなかった水準５のストリングを用い、太陽電池モジュールを作製した。受光面側保護材としての白板ガラス上にＥＶＡシートを載置し、その上に上記の太陽電池ストリングを、隣接するストリング間の距離が２ｍｍとなるように６列配置し、ストリングの端部で隣接するストリング間の電気接続を行い、計５４個の太陽電池を直列接続した。その上に裏面側封止材としてＥＶＡシートを載置し、その上に裏面保護材として基材ＰＥＴフィルム上に白色樹脂層を設けた白色の光反射性バックシートを載置した。大気圧での加熱圧着を５分間行った後、１５０℃で６０分間保持してＥＶＡを架橋させ、太陽電池モジュールを得た。
裏面膜状電極の剥がれが生じていた水準４のストリング、および裏面膜状電極の剥がれが生じていなかった水準５のストリングを用い、太陽電池モジュールを作製した。受光面側保護材としての白板ガラス上にＥＶＡシートを載置し、その上に上記の太陽電池ストリングを、隣接するストリング間の距離が２ｍｍとなるように６列配置し、ストリングの端部で隣接するストリング間の電気接続を行い、計５４個の太陽電池を直列接続した。その上に裏面側封止材としてＥＶＡシートを載置し、その上に裏面保護材として基材ＰＥＴフィルム上に白色樹脂層を設けた白色の光反射性バックシートを載置した。大気圧での加熱圧着を５分間行った後、１５０℃で６０分間保持してＥＶＡを架橋させ、太陽電池モジュールを得た。
太陽電池モジュールの初期発電特性（短絡電流Ｉｓｃ、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子ＦＦおよび最大出力Ｐｍａｘ）を測定した後、ＩＥＣ６１２１５に準じて温度サイクル試験を実施した。温度サイクルは、試験槽に太陽電池モジュールを導入した後、８５℃で１０分保持、１００℃／時間で－４０℃まで降温、－４０℃で１０分間保持、および１００℃／時間で８５℃まで昇温、を１サイクルとした。１００サイクル、２００サイクル、３００サイクル、４００サイクル、５００サイクル、６００サイクル、８００サイクル、１１００サイクルおよび１３００サイクル後に太陽電池モジュールの出力を測定し、太陽電池モジュールの初期発電特性に対する発電特性の比率（保持率）求めた。ＰｍａｘおよびＦＦの保持率を図６に示す。
［参考例：ヘテロ接合セルを用いたモジュールの評価］
単結晶シリコン基板を用いたセルとして、ヘテロ接合セルを用い、上記のＰＥＲＣセルと同様に、モジュール化およびサイクル試験を実施した。ヘテロ接合セルは、表裏にピラミッド状の凹凸が設けられた厚み１６０μｍの６インチｎ型単結晶シリコン基板の受光面側に、真性非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層およびＩＴＯ透明電極層を備え、シリコン基板の裏面側に真性非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層およびＩＴＯ透明電極層を備える。受光面および裏面のそれぞれには、バスバー電極とフィンガー電極とからなるグリッド状の銅メッキ電極が設けられていた。受光面および裏面ともに、バスバー電極の数は３本であり、それぞれの幅は１．５ｍｍであった。
単結晶シリコン基板を用いたセルとして、ヘテロ接合セルを用い、上記のＰＥＲＣセルと同様に、モジュール化およびサイクル試験を実施した。ヘテロ接合セルは、表裏にピラミッド状の凹凸が設けられた厚み１６０μｍの６インチｎ型単結晶シリコン基板の受光面側に、真性非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層およびＩＴＯ透明電極層を備え、シリコン基板の裏面側に真性非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層およびＩＴＯ透明電極層を備える。受光面および裏面のそれぞれには、バスバー電極とフィンガー電極とからなるグリッド状の銅メッキ電極が設けられていた。受光面および裏面ともに、バスバー電極の数は３本であり、それぞれの幅は１．５ｍｍであった。
上記のヘテロ接合セルに、表１に示す幅および厚みを有する銅配線材を接続し、９つのセルが直列に接続されたストリングを作製した。水準６では、水準４と同一の配線材を用い、受光面はバスバー電極上の全面を配線材と半田により接続し、裏面はバスバー電極上の全面を配線材とＣＦにより接続した。水準７では、水準５と同一の配線材を用い、受光面および裏面のバスバー電極上の全面を配線材と半田により接続した。得られたストリングを用い、水準４，５と同様にして、５４個のセルが直列接続された太陽電池モジュールを作製し、温度サイクル試験を実施した。９００サイクルまでの１００サイクルごとのＰｍａｘおよびＦＦの保持率を図７に示す。
ヘテロ接合セルを用いて評価を行った結果を示す図７では、セルの裏面にＣＦを用いて拡散配線材を接続した水準６と、半田を用いて凹凸のない配線材を接続した水準７の間に、保持率の差はみられなかった。この結果から、配線材の形状および接着層の種類は保持率に大きな影響を与えないと考えられる。
一方、ＰＥＲＣセルを用いて評価を行った結果を示す図６では、半田を用いてバスバー領域上にのみ配線材を接続した水準５に比べて、ＣＦを用いて光拡散配線材を接続することにより裏面膜状電極の剥がれが生じていた水準４が高い保持率を示した。前述のように、配線材の形状および接着層の種類は保持率に大きな影響を与えないことから、水準４では、セル裏面の膜状Ａｌ電極が剥がれて非接合状態となっていることが、水準５に比べて高い保持率を示す要因であるといえる。水準４および水準５のいずれにおいても、最大出力Ｐｍａｘの保持率が曲線因子ＦＦの保持率と連動していることから、配線材の接着力低下等に伴う抵抗の増加が保持率低下の原因であると考えられる。
以上の結果から、水準４では、セル裏面の膜状Ａｌ電極が導電性接着フィルムを介して配線材と接続され光電変換部から剥離して非接合部を形成していることにより、温度変化に伴う寸法変化が生じた場合でも、配線材の接合界面への応力が生じ難く、配線材の接着力が維持されるために温度サイクル耐久性が高いことが分かる。
２００ 太陽電池モジュール
１０１～１０３ 太陽電池
５０ 光電変換部
１ シリコン基板（結晶半導体基板）
２ パッシベーション膜
３ 反射防止層
４ 貫通電極
５ 膜状電極（金属膜）
６ 裏面バスバー電極
７０ 受光面電極
７１ フィンガー電極
７２ バスバー電極
８３，８４ 配線材
８８，８９ 接着層
９１ 受光面保護材
９２ 裏面保護材
１０１～１０３ 太陽電池
５０ 光電変換部
１ シリコン基板（結晶半導体基板）
２ パッシベーション膜
３ 反射防止層
４ 貫通電極
５ 膜状電極（金属膜）
６ 裏面バスバー電極
７０ 受光面電極
７１ フィンガー電極
７２ バスバー電極
８３，８４ 配線材
８８，８９ 接着層
９１ 受光面保護材
９２ 裏面保護材
Claims (6)
- 複数の太陽電池が配線材を介して接続された太陽電池ストリング、前記太陽電池ストリングの受光面側に配置された光透過性の受光面保護材、および前記太陽電池ストリングの裏面側に配置された裏面保護材、を備える太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、前記光電変換部の裏面に配置された金属膜とを有し、
前記金属膜は、前記配線材との接続領域において、配線材の延在方向に沿って複数の開口を有し、
前記配線材は、前記金属膜、および前記金属膜の前記複数の開口のそれぞれから露出した光電変換部または光電変換部上に固定された電極と、接着層を介して接続されており、
前記金属膜と前記配線材との接続領域において、前記配線材の延在方向に沿った前記複数の開口と開口の間の部分の前記金属膜と前記光電変換部との間には非接合部が存在する、太陽電池モジュール。 - 前記配線材と前記金属膜との間に設けられた接着層が導電性接着フィルムである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記配線材と前記金属膜の開口から露出した光電変換部または光電変換部上に固定された電極との間に設けられた接着層が導電性接着フィルムである、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記金属膜は、前記配線材との接続領域において、配線材の延在方向に沿って、開口が設けられている領域の長さの合計が、開口が設けられていない領域の長さの合計の０．３～３倍である、請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記金属膜は、アルミニウム、銅、および銀からなる群から選択される金属を主成分とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記配線材が受光面側の表面に凹凸構造を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
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