JP7002558B2 - バスバーレス瓦状アレイ太陽電池セルおよび太陽電池セルを製造する方法 - Google Patents

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Description

本開示は、太陽電池モジュールに関する。より具体的には、従来のリボン相互接続モジュールよりも大幅に高いモジュール効率を提供する、瓦状アレイモジュールを形成する太陽電池モジュールに関する。
過去数年にわたり、化石燃料をエネルギー源として用いることは減少傾向にある。この傾向には多くの要因が寄与している。例えば、石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料ベースエネルギーオプションを用いることは、大気中から容易に取り除くことができないガスや汚染を生成することが、長い間にわたって認識されている。また、化石燃料ベースエネルギーがより多く消費されると、より多くの汚染が大気中に放出され、生命に対して差し迫った悪影響を与える。これら影響にも関わらず、化石燃料ベースエネルギーオプションは未だに高速で枯渇しており、その結果、これら化石燃料リソースのうちいくつか（例えば石油）のコストが上昇している。さらに、化石燃料備蓄の多くが政治的に不安定なエリアに位置しているので、化石燃料の供給とコストは予測できない。
これら従来のエネルギー源が提示する多くの課題に一部起因して、代替クリーンエネルギー源に対する要求が劇的に高まっている。太陽エネルギーその他クリーンエネルギーの使用を促進するため、金銭的リベートまたは税緩和の形態により、消費者を従来のエネルギー源からクリーンエネルギー源へスイッチするようにしている。他の例において消費者は、クリーンエネルギー源に変更することの長期的利点が、クリーンエネルギー源の比較的高い実装コストを上回ることに気付いている。
太陽エネルギーはクリーンエネルギーの１形態であり、過去数年にわたって人気が高まっている。半導体技術の進歩により、太陽電池モジュールと太陽電池パネルの設計は、より効率的かつ大出力になっている。さらに、太陽電池モジュールと太陽電池パネルを製造する材料は比較的安価になっており、これは太陽エネルギーのコスト減少に寄与している。消費者にとって太陽エネルギーがますます入手しやすいクリーンエネルギーオプションとなるにつれて、太陽電池モジュールとパネルの製造業者は、居住構造において実装するための美的かつ実用的な利用可能性品を製造するようになっている。これら利点の結果として、太陽エネルギーは世界的に人気となっている。
本開示の実施形態の詳細と側面を、添付する図面を参照して以下詳細に説明する。
本開示の１側面は、太陽電池モジュールを形成する方法に向けられており、同方法は：片面にのみバスバーを有する太陽電池セルにスクライブラインをつけるステップ；前記太陽電池セルを分離してストリップを形成するステップであって、各前記ストリップは片面のみにバスバーを有する、ステップ；各前記ストリップのうち少なくとも１つの一部分に対して導電接着剤を積層するステップ；を有する。前記方法はさらに：前記ストリップを瓦状に配置してストリップ列を形成することにより、前記ストリップのうち少なくとも１つのバスバーが、前記ストリップの前記バスバーと隣接ストリップ上に形成された金属パターンとの間の接着を形成する前記導電接着剤を有している前記隣接ストリップの一部と重なるようにする、ステップ；複数の前記列を電気的に並列接続して複数の列セットを形成するステップ；前記複数の列セットを電気的に直列接続するステップ；前記接続した複数の列セットをフロントシートとバックシートとの間に収容するステップ；を有する。
本開示の別側面によれば、前記太陽電池セルは前記太陽電池セルの第１側面上に第１金属パターンを有し、前記第１金属パターンは少なくとも１つのバスバーをストリップごとに有する。前記第１金属パターンは、フィンガ、カットラインを有し、または前記フィンガは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している。
本開示の別側面によれば、前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの背面上に第２金属パターンを有する。前記第２金属パターンは、フィンガまたはカットラインを有し、または前記フィンガは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している。さらに前記第２金属パターンは、ブランク金属パターンである。
本開示の別側面によれば、前記太陽電池セルは、正方形セルまたは疑似正方形セルである。さらに前記列セットは、絶縁ストリップによって支持されており、前記列セットの前記電気的接続は、前記絶縁ストリップが支持する導電リボンによって形成されている。
本開示の別側面は、太陽電池モジュールを形成する方法を提供する。同方法は：バスバーを有していない太陽電池セルにスクライブラインをつけるステップ；前記太陽電池セルを分離してストリップを形成するステップ；各前記ストリップのうち少なくとも１つの一部分に対して導電接着剤を積層するステップ；前記ストリップを瓦状に配置してストリップ列を形成することにより、各前記ストリップが、第１ストリップの金属パターンと隣接ストリップの金属パターンとの間の接着を形成する前記導電接着剤を有している前記隣接ストリップの一部と重なるようにする、ステップ；を有する。前記方法はさらに：複数の前記列を電気的に並列接続して複数の列セットを形成するステップ；前記複数の列セットを電気的に直列接続するステップ；前記接続した複数の列セットをフロントシートとバックシートとの間に収容するステップ；を有する。
本開示のこの側面によれば、前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの前面上に第１金属パターンを有し、前記金属パターンは、フィンガを有する。前記第１金属パターンは、カットラインを有し、または前記フィンガは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している。
前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの背面上に第２金属パターンを有し、前記第２金属パターンは、フィンガおよび／またはカットラインを有し、または前記フィンガは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している。さらに前記第２金属パターンは、ブランク金属パターンである。
本開示の様々な側面を、図面を参照して以下に説明する。これらは組み込まれ、本明細書の一部を構成する。
既知の太陽電池セルの斜視図である。
本開示に係る太陽電池セルの斜視図である。
図２の太陽電池セルのストリップの正面図である。
第１構成例を有する図２の太陽電池セルの背面図である。
第２構成例を有する図２の太陽電池セルの背面図である。
太陽電池セルの前面および／または背面を表す図である。
本開示に係る別の太陽電池セルのストリップの側面図であり、瓦状パターンに配置されている。
疑似正方形太陽電池に形成された、図７の太陽電池セルのストリップ列の正面図である。
正方形太陽電池に形成された、図７の太陽電池セルのストリップ列の正面図である。
本開示に係る太陽電池モジュールの正面図である。
図１０Ａの太陽電池モジュールの背面図である。
本開示に係る太陽電池モジュールの電気的接続を示す概略図である。
本開示に係る太陽電池モジュールの別の電気的接続を示す概略図である。
本開示に係る太陽電池モジュールの別の電気的接続を示す概略図である。
本開示に係る別の太陽電池モジュールの正面図である。
本開示に係る太陽電池モジュールの層を示す配置図である。
本開示に係るバスリボンの例の上面図である。
本開示に係る太陽電池モジュールを形成する方法を示すフローチャートである。
本開示に係る太陽電池セルの斜視図である。
本開示に係る図１８の太陽電池セルのストリップ列の正面図である。
本開示に係る図１８の太陽電池セルのストリップ列の正面図である。１側面はバスバーを有する。
本開示に係る瓦状パターンに配置された図１８の太陽電池セルのストリップの側面図である。
本開示は、バスバーを用いずに形成された太陽電池セル、および、バスバーを用いずに形成された太陽電池セルまたはその一部によって形成された太陽電池モジュールに関する。さらに本開示は、銀その他の導電材料の量を削減することが必要な太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに関する。
本開示の太陽電池セルは、太陽電池モジュールの構築ブロックとして用いられる。太陽電池セルは、光エネルギーを電気へ変換することによりエネルギーを生成することができるように構成された基板によって作成されている。光起電基板材料の適切な例としては、多結晶または単結晶シリコンウエハが挙げられるが、これに限らない。これらウエハは主要な太陽電池処理ステップを介して処理される。このステップは以下を含む：ウェットまたはドライテクスチャ化、接合拡散、ケイ酸塩ガラス層除去とエッジ分離、シリコン窒化物反射防止層コーティング、前面および背面金属化（スクリーンプリントと焼き入れ）。ウエハはさらに、より発展した太陽電池処理ステップを介して処理することもできる。これは、背面パッシベーションコートを追加するステップ、選択的にパターン化してｐａｓｓｉｖａｔｅｄ ｅｍｉｔｔｅｒ ｒｅａｒ ｃｏｎｔａｃｔ（ＰＥＲＣ）太陽電池セルを得るステップ、を含む。この太陽電池は、上述の標準プロセスを用いて形成した太陽電池セルよりも高い効率を有する。太陽電池セルは、ｐ型単結晶セルまたはｎ型単結晶セルである。上述の拡散接合太陽電池セルと同様に、その他の高効率太陽電池セル（ヘテロ接合太陽電池セルを含む）は、同じ金属パターンを利用して、瓦状アレイモジュールを製造するために用いることができる。太陽電池セルは、実質的に正方形状を有し、隅部は面取りされているか（疑似正方形）、または完全な正方形状である。
図１は、既知の太陽電池セル１０を正面側から示す。太陽電池セル１０は、５つのバスバー１２を有する。フィンガライン１４は、太陽電池セル１０の各部分を交差するように延伸しており、太陽電池セル１０および／またはバスバー１２のエッジ１６において終端している。フィンガライン１４とバスバー１２はともに、太陽電池セル１０の金属パターンを形成する。金属パターンは通常、銀などの導体によって形成されており、太陽電池セル１０の製造工程においてプリントされる。想像できるように、金属パターンにおける銀の量を抑制すると、大幅にコスト削減できる。
図２は、本開示に係る太陽電池セル２０の前面構成を示す。太陽電池セル２０は、フィンガライン１４を有するが、バスバーは形成されていない。これに代えてカットライン２２は、太陽電池セル２０の全体を交差して延伸しないように、フィンガライン１４を分断している。カットライン２２は、太陽電池セル２０がエッチングまたはスクライブされて各ストリップ２４へ分離されるのにともなって形成されたラインである（詳細は後述）。図１の既知の太陽電池セル１０とは異なり、図２の太陽電池セル２０は正方形状を有し、これに対して図１は疑似正方形状を有する。上述のように、本開示の範囲から逸脱することなく図２の実施形態を疑似正方形状に形成できることを、当業者は理解するであろう。図３は単一のストリップ２４を示す。
図４と図５は、図２に示す太陽電池セル２０の背面構成の２つの異なる変形例を示す。図４においてはフィンガラインがないので、この構成を有する太陽電池セル２０は、背面を介して太陽エネルギーを収集する能力が限定されている。ただし、バスバー１２がない場合においては、この太陽電池セルの背面にバスバーを形成するために用いる銀その他の導電材料は必要ない。図４と比較して、図５の実施形態は、面上のカットライン２２間にフィンガ１４を有し、これにより各ストリップを規定する太陽電池セル２０を示す。図５は図２とほぼ同じであり、太陽電池セル２０の前面と背面は略同一に製造されている。これに代えて、背面上に形成されたフィンガ１４は密度が高く、前面よりも多くてもよい。この構成は、米国意匠特許出願２９／６２４，４８５、２０１７年１１月１日出願、名称“ＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬ”に記載されている。同文献の内容は参照により本願に組み込まれる。
別実施形態において図６に示すように、太陽電池セル２０の前面と背面の一方または双方にカットライン２２を形成せず、フィンガ１４が太陽電池セルの全幅にわたって延伸するようにしてもよい。
カットライン２２を有するかまたは有していない太陽電池セル２０がフィンガ１４のパターンとともに図２のように製造されると、セルを分離することができる状態になる。分離は、カットライン２２に沿ってエッチングした後の破断または分離プロセスである。エッチングは例えばカットライン２２において材料を除去し、これにより太陽電池セル２０の強度を弱める。各エッチングはウエハ厚さの約１０％～約９０％の深さを有する。エッチングは、レーザやダイシング刃などを用いて形成することができる。実施形態において、エッチングは太陽電池セル２０のエッジからエッジまで延伸する。別実施形態において、エッチングによって形成されるスクライブラインは、太陽電池セル２０のエッジから反対側エッジの手前まで延伸する。強度が弱まると、弱まった領域に対して力を加えることにより、エッチングに沿って太陽電池セル２０が破断し、図３に示すようにストリップ２４が形成される。太陽電池セル２０のこの例において、５つのストリップ２４が形成される。分離プロセスにおいて、太陽電池セル２０の元の構造にしたがって、任意個数のストリップ（例：３、４、５、６個）を形成することができる。
分離プロセスのため、太陽電池セル２０は真空チャック上に配置される。真空チャックは、隣接して整列しベースを形成する複数の固定物を有する。真空チャックは、ストリップ２４へ分離される太陽電池セルの各セクションの個数が、固定物の個数と一致するように選択される。各固定物は開口またはスリットを有し、これにより真空領域と開口連通する。必要に応じて真空を供給して、太陽電池セル２０をベースの上部と機械的に一時接続するように吸引する。太陽電池セル２０を分離するために、太陽電池セル２０は、各セクションが対応する固定物の上部に位置するように、ベース上に配置される。真空ポンプがＯＮされ、吸引力を提供して、太陽電池セル２０をベース上の位置に維持する。次に固定物を相対的に移動する。実施形態において、複数の固定物を隣接する固定物からある距離だけ移動し、これにより太陽電池セル２０の各セクションが互いから移動してストリップ２４を形成するようにする。他実施形態において、複数の固定物をその長手軸周りで回転または捩り、これにより太陽電池セル２０の各セクションが同様に移動してストリップ２４を形成するようにする。実施形態において、固定物の回転または捩れは規定シーケンスにしたがって実施され、これによりストリップが同時に２方向に捩られないようにする。別実施形態において、太陽電池セル２０の背面に対して機械的圧力を加えて、太陽電池セル２０を実質的に同時にストリップ２４へ分離する。他実施形態において、太陽電池セル２０を分離するその他プロセスを代わりに実施してもよいことを理解されたい。
太陽電池セル２０が分離されると、ストリップ２４が整列される。疑似正方形太陽電池セル２０（例：図１参照）の２端のストリップ２４（面取り隅部）は、中央３つのストリップ２４とは異なる形状（矩形）を有し、あるいは太陽電池セル２０の全てのストリップが同じ形状を有する（図２）。同様に形成されたストリップ２４は収集され、まとめて整列される。実施形態において、ストリップ２４の整列は、自動光学整列プロセスを用いて実施される。別実施形態において、ストリップ２４は太陽電池セル２０全体に対する相対位置にしたがって整列される。整列後、面取り隅部を有するストリップ２４は、矩形面取りなしのストリップから隔離される。本開示にしたがって、同様のストリップ２４が一緒に用いられる（面取りしたもの、または矩形のもの）。さらに、前面と背面の構成によっては（図２～図６など）、ストリップ２４が互いに適切に揃えられるように隔離する必要がある。
整列および隔離されると、ストリップ２４は列（ストリング）３０として組み立てることができる状態となる。図７に示すようなストリング３０を形成するため、複数のストリップ２４を重なるような姿勢で揃える。導電接着剤３２を、ストリップ２４のエッジに沿ってストリップ２４の前面に対して塗布し、隣接ストリップの底面に沿ったエッジは導電接着剤３２と接触して配置され、これにより２つのストリップ２４を機械的かつ電気的に接続する。導電接着剤３２をストリップ２４の背面に対して塗布し、隣接ストリップ２４の前面と接するように配置してもよい。導電接着剤３２は、接着材料をバスバー表面に対して付与するように構成された積層タイプマシンを用いることにより、例えば単一の連続線、複数ドット、または破線状に塗布することができる。実施形態において、ストリップ２４の長さよりも短く、かつ十分な接着性と導電性が得られる幅と厚さを有するように、接着剤３２を積層することができる。接着剤３２を塗布するステップとストリップ２４を整列および重ね合わせするステップは、所望個数のストリップ２４が接着されてストリング３０を形成するまで、繰り返される。ストリングは例えば１０～１００ストリップを有する。
図８は、図７で概説したプロセスを介して複数のストリップ２４によって形成されたストリング３０の上面図を示す。図８において、面取り隅部ストリップ２４が互いに接着されている。ストリング３０の端部は、端部ストリップ２４に対してはんだ付けまたは導電接着剤３２を用いて電気的接続された、金属薄片３４を有する。金蔵薄片３４はさらに、モジュール相互接続バスバーと接続され、これにより２以上のストリングが太陽電池モジュールの回路を形成する。これについては以下詳述する。別実施形態において、モジュール相互接続バスバーは、端部ストリップ２４に対して直接的にはんだ付けまたは電気的接続され、これにより回路を形成する。別実施形態において図９に示すように、矩形ストリップ２４を相互接続してストリング３０を形成する。図８のストリング３０と同様に、このストリング３０は例えば、１０～１００のストリップ２４を備え、各ストリップ２４は隣接ストリップ２４と重なっている。図９のストリング３０は、他の同様に構成されたストリング３０と接続するための電気接続を有する。
図１０は、本開示の実施形態に係る太陽電池モジュール５０の正面図である。太陽電池モジュール５０は、バックシート（以下詳述する）と、太陽電池モジュール５０の４隅を囲むフレーム５２を有する。フレーム５２は、陽極酸化アルミニウムその他の軽量剛性材料で形成されている。
ストリップ２４によって形成されたストリング３０は（そのうち１０個を図示している）、バックシート上に配置される。詳細は図示していないが、保護目的のため、フロントシート層（例：ガラス、透明ポリマ、など）がストリップ２４上に配置され、電気的に接続されていることを理解されたい。ストリップ２４は矩形である。ストリング３０は太陽電池モジュール５０全体にわたって長さ方向に隣接配置されている。
２つの隣接するストリング３０は離隔しており、間にはわずかなギャップ５４がある。ギャップ５４は、２つの隣接ストリング３０間において約１ｍｍ～約５ｍｍの実質的に均一な幅を有する（製造公差、材料公差、環境公差を考慮する）。別実施形態において、２以上のストリング３０のエッジは互いに隣接している。
図１０Ａにおいて、ストリング３０は例えば、５つのストリング３０のセット５４としてグループ化される。これら５つのストリングは、電気的に並列接続される。５つのストリング３０の第２セット５４も電気的に並列接続され、グループ化されて太陽電池モジュール５０の残り半分を形成する。太陽電池モジュール５０の上端において、ストリング３０の１つのセット５４はバスバー５５と接続されており、バスバー５５は太陽電池モジュール５０の幅の一部に沿って延伸し、ストリング３０の第２セット５４は第２バスバー５６と接続されている。太陽電池モジュール５０の下端において、２つのバスバー５８と６０は、ストリング３０のセット５４の電気的接続を完了している。これらの結果として、図１０Ａに示すように、各セット５４のストリング３０は互いに並列接続され、各セット５４は他のセット５４と直列接続される。絶縁ストリップ６２（見えないように隠れている）は、２つのストリングセット５４間に配置され、これらを支持する。絶縁ストリップ６２はストリング３０よりも長く、２つのストリングセット５４の隣接ストリング３０が絶縁ストリップ６２の一部と重なる程度の幅を有する。
１実施形態において、第１ストリングセット５４から第２ストリングセット５４への直列接続は、第１ストリングセット５４の負側と第２ストリングセット５４の正側を共通バスバーへ取り付けることによって形成される。これに代えて、第１および第２ストリングセット５４の正側を太陽電池モジュールの同じ側に配置し、ケーブル・ワイヤ・その他のコネクタを用いて、第１ストリングセット５４の負側を第２ストリングセット５４の正側と電気的に接続することもできる。向きを変えることなく全てのストリングセット５４を太陽電池モジュール内に配置することにより、この第２構成は製造効率を高め、バスバーのサイズを抑制するとともに、一方のバスバーが長く他方が２つの短いバスバーとなるのではなく全てのバスバーを同様の長さとし、モジュール５０全体の部品個数を抑制することができる。
図１０Ｂは、バックシートを除去した太陽電池モジュール５０の背面の一部を示す。絶縁ストリップ６２と関連する電気的接続を示している。これらは２つのストリングセット５４間に配置され、ストリングセット５４を電気的に接続するとともに構造的に支持するように構成されている。絶縁ストリップ６２とこれに関連する電気的接続は、隣接ストリング５４の下方に配置されている。実施形態において、絶縁ストリップ６２はバックシート材料のカット部分であり、接着層６３によって保持されている、接着層６３は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）その他の熱溶融タイプカプセル化材料から作られている。絶縁ストリップ６２は、ストリング５４よりも長い。別実施形態において、絶縁ストリップ６２は、２つのストリングセット５４の隣接ストリング３０が絶縁ストリップ６２の一部と重なることができるだけの幅を有する。図１０Ｂに示すように、絶縁ストリップ６２は矩形である。実施形態において絶縁ストリップ６２は、ストリング３０の端部を超えて延伸し、これにより２つのトップバスバー５５と５６の一部がその幅の一部を交差して配置されるようにする。
図１０Ｂに示すように、導電リボン６５はストリング３０の裏側で上部バスバー５５に対して実質的に垂直に延伸し、絶縁ストリップ６２の長さの約半分ほど下がり、他のストリング３０の裏側で延伸して底部バスバー６０と接続する。このように、第１極性を有するストリング３０（またはセット５４）は、反対極性を有するストリング３０（またはセット５４）に対して直接接続することができる。２つの導電リボン６７を設けて、接続ボックス（図示せず）に対する接続を提供する。これらは反対極性を有する端子として作用する。この点において、第１リボン６７は上部バスバー５６から延伸し、第２リボン６７は底部バスバー５８から延伸し、これにより各導電リボンはストリング３０を異なる極性の接続ボックスに対して接続するように作用する。固定テープ（図示せず）を設けて、絶縁ストリップ６２上のストリング３０に対する相対位置において導電リボン６５と６７を維持する。この配置は、太陽電池モジュール５０におけるストリング３０の２つのセット５４の電気的直列接続を可能とする電気接続配置の１例である。本開示の範囲から逸脱することなく、その他の電気的接続と配置をすることもできる。
上述のように、太陽電池モジュール５０は任意の電気的構成を組み込むことができる。例えば図１１に示す太陽電池モジュール５０の電気的構成において、１０個のストリング３０は２つのセット５４にグループ化されている。第１セット５４のストリングは互いに並列接続されており、バイパスダイオード６４を備える。同様に第２セット５４のストリングは互いに並列接続されており、バイパスダイオード６４を備える。２つのストリングセット５４は互いに直列接続されている。
図１２に示す別実施形態において、図１１と同じ電気的構成の太陽電池モジュール５０を示した。ただしバイパスダイオードは有していない。図１３は、太陽電池モジュール５０の電気的構成の別実施形態である。ストリング３０は４つのストリングセット５４にグループ化され、それぞれバスバー５５と５８の間およびバスバー５６と６０の間の距離の半分だけ延伸している。１実施形態において、中間バスバー６８と７０はストリング３０の２つのセット５４を並列接続している。全体として、ストリング３０の４つのセット５４が直列接続されている。各セット５４内において、ストリング３０は上記のように並列接続されている。図１３に示すように、各セット５４はバイパスダイオード６４を有する。
図１４は、図１３の電気的構成にしたがって形成した太陽電池モジュール５０の正面図である。ストリング３０の４つのセット５４があり、各セット５４はバスバー５５、５６、５８、６０と接続され、バスバーはフレーム５２、中間バスバー６８，７０と接続されている。
セット５４はバスバー５５、５６、５８、６０、６８、７０を介して直接接続してもよいし、太陽電池モジュール５０の背面に配置された接続ボックスを介して電気的に接続してもよい。接続ボックスはバイパスダイオード６４を収容することができる。
図１５は、太陽電池モジュール５０を構築した後の簡易断面図である。太陽電池モジュール５０は前面シート層８０（太陽電池モジュール５０の前面として作用する）、ＥＶＡ層８２、リボン層８４、ストリングセット層８６（例：ストリング３０のセット５４（図１０Ａ））、絶縁ストリップ層８８、ＥＶＡ層９０、バックシート層９２を有する。層８２と９２は例えばガラスで形成されているが、本開示の範囲から逸脱することなく透明ポリマその他のガラス以外の材料で形成することもできる。
図１６は、実施形態に基づくバスバー５５のバスリボン構成の上面図である。図示している全てのバスバー５５、５６、５８，６０、６８、７０は同一または類似する構造を有する。バスバー５５は、剛性エッジ１０２を有する薄膜金属テープの形態であり、使用時は太陽電池モジュール５０の長手エッジと実質的に平行に配置される。バスバー５５は、ストリング３０と最も近く配置される切り欠きエッジ１０４を有する。切り欠きエッジ１０４に沿って形成された切り欠き１０６は、バスバー５５の長さ方向に沿って実質的に均一間隔で配置されている。切り欠き１０６は、ストリング３０がリボンバスバー５５に対してはんだ付けされたとき、はんだ付けストレスが抑制されるように構成されている。これがない場合、高いはんだ付けストレスが１以上のストリップ３０に不要な微小ひび割れを生じさせ、歩留りや信頼性に影響する可能性がある。別実施形態において、切り欠き１０６は不均一間隔で配置されている。２つの実質的に平行な行１０８と１１０に形成された開口はリボンバスバー５５内に配置され、これによりバスバー５５の柔軟性を確保している。
図１７は、太陽電池モジュール（例えば上記太陽電池モジュール５０その他の適したもの）を製造する方法２００のフロー図である。図１７と図１０Ａ、１０Ｂを参照する。ステップ２０２においてフロントシート（例：ガラス板）が基板として導入され、次にステップ２０４において、カプセル化層（例えばエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）またはポリオレフィン（ＰＯＥ）フィルム）をフロントシートの上部に配置する。次にステップ２０６において、ストリングセット５４をカプセル化層上に配置する。実施形態において、所望個数のストリングセット５４を適切に配置し、モジュール相互接続バスバー（例：バスバー５５、５６、５８、６０、６８、７０）によって電気的に接続して、所望の回路構成を形成する。例えば製造する太陽電池モジュール５０は、ストリング３０の１０個のセットで形成され、これにより長さ約１６００ｍｍ～約１７００ｍｍを有し、幅約９８０ｍｍ～約１１００ｍｍを有し、厚さ約２ｍｍ～約６０ｍｍを有する。別実施形態において太陽電池モジュール５０は、１～１８個のストリング３０のセット５４で形成され、フロントシートは長さ約５００ｍｍ～約２５００ｍｍ、幅約９００ｍｍ～約１２００ｍｍ、厚さ約２ｍｍ～６０ｍｍを有する。
ストリング３０のセット５４はＥＶＡ層上に配置され、フロントシートは太陽電池モジュール５０について説明した上記構成となる。ストリング３０のセット５４は、ＥＶＡ層上に１つずつ配置することができる。これに代えて、所望個数のストリング３０のセット５４を実質的に同時にＥＶＡ層上に配置し、または複数同時配置することができる。太陽電池モジュール５０の大量生産において一般に用いる、ストリング３０のセット５４を自動積層する機械を、採用することができる。
ステップ２０８において、ストリング３０のセット５４間に接続を形成するため、ストリング３０を相互接続する。例えば導電リボン材料を介して、バスバー（例：バスバー５５、５６、５８、６０、６８、７０）を、ストリング３０のセット５４の対応する部分へ電気的に接続する。適切に配置して接着した導電リボン６５と６７を有する絶縁ストリップ６２を配置して、上述のように、ストリング３０の隣接セット５４間で延伸させる。接続ボックス（図示せず）内に収容する電気ワイヤは、保護または絶縁し、これにより製造の後工程において接続ボックス内にワイヤを配置できるようにする。
次にステップ２１０において、別のカプセル化層をストリングセットの上面に配置する。次にステップ２１２においてバックシートをカプセル化層上に配置して、１以上の薄片スタックを形成する。バックシート材料は、太陽電池モジュール回路を環境衝撃から保護する。実施形態において、バックシートはガラス板よりも若干大きいサイズに形成され、これにより製造歩留りを向上させる。別実施形態においてバックシート材料をガラスに交換し、環境からの保護を向上させることができる。
バックシートを積層した後、ステップ２１３において、薄片スタックを真空薄片チャンバ内に導入する。チャンバ内は真空の高温度プロファイル下でスタックが互いに接着される。薄片化プロセスの詳細は、使用するカプセル以下材料の特性に依拠する。
薄片化後、ステップ２１４においてモジュールにフレームを取り付ける。フレーム付けにより、太陽電池の設置後における風や雪に耐えることができる機械的強度を付与する。実施形態において、フレームは陽極酸化アルミニウム材料で形成される。別実施形態において、フレームはモジュールの外縁上に配置される。別実施形態において、フレームはフロントシートおよび／またはバックシートの一部の上に延伸する。またシリコーンを用いて、ガラスとフレームとの間のギャップを封止し、これにより太陽電池モジュールのエッジを、モジュール内に意図せず取り込まれ太陽電池モジュールの動作に影響する可能性がある不要な材料から保護する。フレームなしの実施形態も本開示の範囲であることを理解されたい。
フレーム付け後、ステップ２１６において、接続ボックスをバックシート上に配置し、相互接続リボン６５、６７とバスバー（例：バスバー５５、５６、５８、６０、６８、７０）を、接続ボックスのコンタクトパッドに対してはんだ付けまたはクランプする。シリコーンポッティング材料を用いて、接続ボックスのエッジを封止し、水分や汚染物がモジュール内に入り込むのを防止することができる。また接続ボックス自身をポッティングして、部品を腐食から防ぐことができる。ステップ２１７においてモジュールを硬化する。
ステップ２１８においてモジュールをテストする。テストの例としては以下が挙げられるがこれに限らない：モジュール電力出力を測定するフラッシュテスト、ひび割れと微小ひび割れの電子発光テスト、接地テスト、耐電圧テスト、など。
本実施形態は、バスバーなしのものを記載したが、ハイブリッドアプローチも本開示の範囲内である。図１８は、本開示に係る太陽電池セル１０の斜視図を示す。太陽電池セル１０は図１に示すものと同様の構造を有し、図１の疑似正方形セルは本開示の範囲から逸脱することなく利用することができる。図１の実施形態において、バスバー１２とフィンガライン１４は、太陽電池セル１０の上面上に形成されている。太陽電池セル１０の「上面」または正面は、太陽電池説の裏側の底面として形成することもできる。
バスバー１２なしで形成されたセルと比較して、本実施形態は太陽電池セル１０の片面上に形成されたバスバー１２を有する。バスバー１２を有する側の反対側において、太陽電池セル１０は図４～図６の面と同様に形成することができる。図１８に示す上面と図５または図６に示す背面を有するセルは、分離すると図１９および図２０に示すように、図１８と図６の組み合わせのストリップとなり、図１８と図５の組み合わせは図３と図２０に対応する。図３と図１９を図２０と比較すると、ストリップの片側のみがバスバー１２を有している。
分離後、図２１のようにストリップ２４を瓦状パターンに組み立てる。本例においてバスバー１２はストリップ２４の上側に形成されており、上述のようにＥＣＡ３２を用いて別のストリップ２４の底面と接着されている。ＥＣＡは、ストリップ２４の上面上に形成されたバスバー１２と、隣接ストリップ２４の底面上に形成されたフィンガライン１４との間の電気的接続を生成する。バスバー１２をストリップ２４の片側のみに有することにより、太陽電池セル１０に積層する銀その他の導体の総量を抑制できる。ただしバスバー１２を少なくとも１つの面上に有することにより、バスバー１２と隣接ストリップ２４のフィンガライン１４との間で十分な導電性と連続性を確立し、抵抗を最小化するとともに２つのストリップの接合部における熱損失を抑制することができる。バスバー１２をストリップ２４の上面上に形成した例を示したが、これに代えてバスバー１２をストリップ２４の底面上に形成し、ストリップの上面上に形成されたフィンガライン１４と接続することも、本開示の範囲から逸脱するものではない。太陽電池モジュールを形成し、分離し、ストリップ２４をストリングへ電気的接続するその他の側面は、バスバー１２を有さない実施形態やバスバー１２を太陽電池セル１０またはストリップ２４の片側のみに形成する実施形態においても、本質的に変わらない。
太陽電池セルの特定の側におけるものを説明した。説明したカットライン、フィンガ、金属パターン、バスバー、などは、本開示の範囲から逸脱することなく、太陽電池セルのいずれの側またはその組み合わせにおいて設けることができる。ストリップを形成した後、各ストリップはバスバーを片側のみに有してもよいし、両側いずれもバスバーを有していなくともよい。
図面において本開示の実施形態を説明したが、本開示をこれに限定することを意図するものではない。本開示は、当該分野において可能な限り広い範囲とすることを意図しており、本明細書もそのように解釈すべきである。上記実施形態の任意の組み合わせが可能であり、特許請求範囲の範囲内である。したがって上記説明は限定として解釈すべきではなく、特定の実施形態の例に過ぎない。当業者は特許請求範囲の範囲内でその他の変形をすることができる。

Claims (19)

  1. 太陽電池モジュールを形成する方法であって、
    バスバーを有する前面金属パターンを備える太陽電池セルにスクライブラインをつけるステップ；
    前記太陽電池セルを分離してストリップを形成するステップであって、各前記ストリップは片面のみにバスバーを有する、ステップ；
    各前記ストリップのうち少なくとも１つの部分に対して導電接着剤を積層するステップ；
    前記ストリップを瓦状に配置してストリップ列を形成することにより、前記ストリップのうち少なくとも１つのバスバーが、前記ストリップの前記バスバーと隣接ストリップ上に形成された背面金属パターンとの間の接着を形成する前記導電接着剤を有している前記隣接ストリップの一部と重なるようにするステップであって、前記背面金属パターンはフィンガラインとバスバーを有していないかまたはフィンガラインのみによって形成されている、ステップ；
    複数の前記列を電気的に並列接続して複数の列セットを形成するステップ；
    前記複数の列セットを電気的に直列接続するステップ；
    前記接続した複数の列セットをフロントシートとバックシートとの間に収容するステップ；
    を有し、
    前記バスバーは、前記ストリップの上部に配置された上部バスバーと、前記ストリップの下部に配置された下部バスバーとを有し、
    前記複数の列セットを電気的に直列接続するステップは、
    前記上部バスバーと前記下部バスバーとの間を接続する方向に延伸する延伸導電リボンによって、第１の前記列セットの前記上部バスバーに接続された第１導電リボンと、前記第１の前記列セットに隣接する第２の前記列セットの前記下部バスバーに接続された第２導電リボンとを接続することにより、前記第１の前記列セットと前記第２の前記列セットを電気的に直列接続し、
    前記延伸導電リボンは、前記上部バスバーと前記下部バスバーとの間において、前記延伸する方向に対して平行ではない第２方向に延伸することにより、前記第１の前記列セットと前記第２の前記列セットとの間にわたって延伸し、これにより、前記第１の前記列セットと前記第２の前記列セットを電気的に直列接続する
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記太陽電池セルは、前面上に第１金属パターンを有し、
    前記第１金属パターンは、少なくとも１つのバスバーをストリップごとに有する
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 前記第１金属パターンは、フィンガを有する
    ことを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 前記第１金属パターンは、カットラインを有する
    ことを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 前記フィンガは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している
    ことを特徴とする請求項３記載の方法。
  6. 前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの背面上に第２金属パターンを有し、
    前記第２金属パターンは、カットラインを有する
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 前記フィンガラインは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 前記太陽電池セルは、正方形セルである
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  9. 前記太陽電池セルは、疑似正方形セルである
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 前記列セットは、絶縁ストリップによって支持されている
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  11. 前記列セットの電気的接続は、前記絶縁ストリップが支持する導電リボンによって形成されている
    ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 太陽電池モジュールを形成する方法であって、
    少なくとも第１金属パターンを有する太陽電池セルにスクライブラインをつけるステップであって、前記第１金属パターンはフィンガラインのみを有する、ステップ；
    前記太陽電池セルを分離してストリップを形成するステップであって、各前記ストリップはバスバーを有する、ステップ；
    各前記ストリップのうち少なくとも１つの一部分に対して導電接着剤を積層するステップ；
    前記ストリップを瓦状に配置してストリップ列を形成することにより、各前記ストリップが、第１ストリップの金属パターンと隣接ストリップの金属パターンとの間の接着を形成する前記導電接着剤を有している前記隣接ストリップの一部と重なるようにする、ステップ；
    複数の前記列を電気的に並列接続して複数の列セットを形成するステップ；
    前記複数の列セットを電気的に直列接続するステップ；
    前記接続した複数の列セットをフロントシートとバックシートとの間に収容するステップ；
    を有し、
    前記バスバーは、前記ストリップの上部に配置された上部バスバーと、前記ストリップの下部に配置された下部バスバーとを有し、
    前記複数の列セットを電気的に直列接続するステップは、
    前記上部バスバーと前記下部バスバーとの間を接続する方向に延伸する延伸導電リボンによって、第１の前記列セットの前記上部バスバーに接続された第１導電リボンと、前記第１の前記列セットに隣接する第２の前記列セットの前記下部バスバーに接続された第２導電リボンとを接続することにより、前記第１の前記列セットと前記第２の前記列セットを電気的に直列接続し、
    前記延伸導電リボンは、前記上部バスバーと前記下部バスバーとの間において、前記延伸する方向に対して平行ではない第２方向に延伸することにより、前記第１の前記列セットと前記第２の前記列セットとの間にわたって延伸し、これにより、前記第１の前記列セットと前記第２の前記列セットを電気的に直列接続する
    ことを特徴とする方法。
  13. 前記第１金属パターンは、カットラインを有する
    ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
  14. 前記フィンガラインは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している
    ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
  15. 前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの背面上に第２金属パターンを有する
    ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
  16. 前記第２金属パターンは、フィンガを有する
    ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
  17. 前記第２金属パターンは、カットラインを有する
    ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
  18. 前記フィンガは、前記太陽電池セルの全幅にわたって延伸している
    ことを特徴とする請求項１６記載の方法。
  19. 前記第２金属パターンは、ブランク金属パターンである
    ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
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