JP7077017B2 - 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。
太陽電池モジュールは、一般に、基板上の発電セル（光電変換部）が形成された面側に、カバーガラス等の保護部材をＥＶＡ等の透光性の封止材によって接着して形成される。更に、ブチルゴム等からなる遮光性のシール材が、封止材の外側面を覆うと共に、太陽電池モジュールの外縁部上で配線を封止する構造が採られる場合もある（例えば特許文献１）。
このようなシール材を備えた構成により、発電セルへの水分の侵入を低減し、太陽電池モジュールの耐湿信頼性を向上させている。
しかしながら、上記特許文献１に開示されている太陽電池モジュールの構造の場合、封止材に温度勾配が加わった際の収縮により生じる応力が発電セルを構成する光吸収層と透明電極の界面に加わり、透明電極が剥離するおそれがある。又、太陽電池モジュールの構造によっては、透明電極とは反対側に位置する金属電極が剥離するおそれがある。又、遮光性のシール材がラミネート工程で押しつぶされて発電セルの上に重なると、発電性能の低下や、電流集中による局所的な温度上昇が懸念される。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発電性能を低下させずに発電セルを構成する電極の剥離を抑制可能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールは、第一の基板と、前記第一の基板上に形成された発電部であって、光吸収層、及び前記光吸収層の上部に設けられた電極を含む複数の発電セルと、前記発電セルに接続された接続用電極と、を有する発電部と、前記接続用電極に接続された配線と、前記接続用電極上に設けられ、前記発電セルと前記配線との間に位置し、前記発電セルの端部に連続的に形成された緩衝部材と、前記発電セルを封止する封止材と、前記封止材上に積層された第二の基板と、前記封止材の外側面を覆うように形成されたシール材と、を備え、前記緩衝部材は、前記発電セルと同一の層構成であり、前記緩衝部材の最上層と、複数の前記発電セルのうち前記緩衝部材に隣接する前記発電セルの最上層は、１つの連続する層から形成され、前記封止材と前記シール材の界面は前記緩衝部材の最上層上に位置し、前記界面と連続する前記封止材の端部、及び前記界面と連続する前記シール材の端部は、前記緩衝部材の最上層上に位置する。
開示の技術によれば、発電性能を低下させずに発電セルを構成する電極の剥離を抑制可能な太陽電池モジュールを提供できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
［太陽電池モジュールの構造］
図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の概略平面図である。図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の概略断面図である。なお、図１において、図２に示す封止材１４、第二の基板１５、シール材１６、及び緩衝部材１７の図示は省略されている。
図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の概略平面図である。図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１０の概略断面図である。なお、図１において、図２に示す封止材１４、第二の基板１５、シール材１６、及び緩衝部材１７の図示は省略されている。
図１及び図２を参照するに、太陽電池モジュール１０は、第一の基板１１と、発電セル１２と、配線１３と、封止材１４と、第二の基板１５と、シール材１６と、緩衝部材１７とを有している。
第一の基板１１は、発電セル１２等を形成する基体となる部分である。第一の基板１１としては、例えば、青板ガラス（ソーダライムガラス）、低アルカリガラス、樹脂及び金属等を用いることができる。第一の基板１１の厚さは、例えば、１．８ｍｍ程度とすることができる。
発電セル１２は、第一の基板１１上に形成されている。発電セル１２は、第一の基板１１側から裏面電極１２１、光吸収層１２２、及び透明電極１２３が順に積層された構造である。発電セル１２と、発電セル１２の側部の第一の基板１１上に設けられた接続用電極１８とにより発電部が構成されている。
裏面電極１２１は、第一の基板１１上に形成されている。裏面電極１２１としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やモリブデンを少なくとも含む金属を用いることができる。裏面電極１２１は、所定方向に沿って設けられた分割溝１２ｘにより分割されている。裏面電極１２１の厚さは、例えば、数１０ｎｍ～数μｍ程度とすることができる。なお、接続用電極１８は、裏面電極１２１と同様の材料から形成することができる。又、接続用電極１８は、裏面電極１２１と同様の厚さとすることができる。
光吸収層１２２は、ｐ型半導体からなる層であり、裏面電極１２１上及び分割溝１２ｘ内に形成されている。光吸収層１２２は、所定方向に沿って設けられた分割溝１２ｙにより分割されている。光吸収層１２２は、照射された太陽光等を光電変換する部分である。光吸収層１２２が光電変換することにより発生した起電力は、接続用電極１８上に設けられた配線１３から外部に電流として取り出すことができる。
例えば、配線１３は、第一の基板１１に設けられた孔２０を介して裏面に導出され、図示しない端子ボックスを介して外部に電流が取り出される。
光吸収層１２２としては、例えば、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），セレン（Ｓｅ）からなる化合物や、銅（Ｃｕ），インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），セレン（Ｓｅ），硫黄（Ｓ）からなる化合物やアモルファスシリコン等を用いることができる。前記化合物の一例を挙げれば、ＣｕＩｎＳｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）２等である。光吸収層１２２の厚さは、例えば、数μｍ～数１０μｍ程度とすることができる。
なお、光吸収層１２２の表面にバッファ層（図示せず）を形成してもよい。バッファ層は、光吸収層１２２からの電流の漏出を防止する機能を有する高抵抗の層である。バッファ層の材料としては、例えば、亜鉛化合物、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化インジウム（ＩｎＳ）等を用いることができる。バッファ層の厚さは、例えば、５～５０ｎｍ程度とすることができる。
透明電極１２３は、ｎ型半導体からなる透明な層であり、光吸収層１２２上及び分割溝１２ｙ内に形成されている。透明電極１２３としては、例えば、酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）やＩＴＯ薄膜等を用いることができる。酸化亜鉛系薄膜（ＺｎＯ）を用いる場合には、硼素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等をドーパントとして添加することにより、低抵抗化でき好適である。透明電極１２３の厚さは、例えば、数μｍ～数１０μｍ程度とすることができる。光吸収層１２２と透明電極１２３とは、ｐｎ接合を形成している。
光吸収層１２２及び透明電極１２３は、所定方向に沿って設けられた分割溝１２ｚにより分割されている。分割溝１２ｚにより分割された各部分は複数の発電セル１２を構成している。所定の発電セル１２の分割溝１２ｙ内に形成されている透明電極１２３は、分割溝１２ｙを介して隣接する発電セル１２の裏面電極１２１と電気的に接続されている。つまり、分割溝１２ｚにより分割された複数のセルは、直列に接続されている。
第一の基板１１の発電セル１２が形成されている面には、発電セル１２の受光面側を封止する封止材１４が設けられ、封止材１４上には第二の基板１５が積層されている。封止材１４としては、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ：Ethylene-vinyl acetate）樹脂やポリビニルブチラール（ＰＶＢ：Polyvinyl butyral）樹脂等の透光性の材料を用いることができる。封止材１４の厚さは、例えば、０．２～１．０ｍｍ程度とすることができる。第二の基板１５としては、例えば、厚さが０．５～４．０ｍｍ程度の白板強化ガラス板等を用いることができる。
第一の基板１１の発電セル１２が形成されている面の外縁領域には、配線１３を被覆するシール材１６が設けられている。言い換えれば、配線１３は、例えば、シール材１６内に通すことができる。
シール材１６は、第一の基板１１の外縁領域と第二の基板１５の外縁領域との間に、封止材１４の外側面を覆うように形成され、第一の基板１１と第二の基板１５の互いに対向する面を接着している。シール材１６としては、例えば、ブチルゴムやシリコーン系樹脂等を用いることができる。シール材１６を設けることにより、発電セル１２への水分等の侵入を低減し、太陽電池モジュール１０の耐湿信頼性等を向上させることができる。
緩衝部材１７は、接続用電極１８上に設けられ、平面視において（第一の基板１１の法線方向から視て）、第一の基板１１上の発電セル１２と配線１３との間に位置している。緩衝部材１７は、発電セル１２の端部（封止材１４とシール材１６の界面付近）の応力を緩衝する機能を備えている。封止材１４とシール材１６の界面は、緩衝部材１７上に位置している。緩衝部材１７は、層構成は発電セルと同様であるが、発電には寄与しない非発電セルである。緩衝部材１７は、発電セル１２に隣接して形成されている。
このように、太陽電池モジュール１０では、第一の基板１１上に緩衝部材１７を設け、封止材１４とシール材１６の界面を緩衝部材１７上に位置させている。
例えば、封止材１４とシール材１６の界面が配線１３上に位置したりすると、封止材１４とシール材１６の界面の近傍において封止材１４の厚さが変化する（段差が生じる）ことになる。
この場合、封止材１４に温度勾配が加わった際の収縮具合が場所により異なることにより応力が生じ、光吸収層１２２と透明電極１２３との界面に応力が加わる。結果として、透明電極１２３が光吸収層１２２から剥離するおそれがある。
これに対して、太陽電池モジュール１０のように、封止材１４とシール材１６の界面を緩衝部材１７上に位置させることにより、封止材１４とシール材１６の界面の近傍における封止材１４の厚さがほぼ一定となる。これにより、封止材１４に温度勾配が加わった際の収縮具合も、封止材１４とシール材１６の界面の近傍においてほぼ一定となるため応力が生じ難い。その結果、発電セル１２の最上面を構成する透明電極１２３の光吸収層１２２からの剥離を防ぐことができる。
又、太陽電池モジュール１０では、封止材１４とシール材１６の界面が緩衝部材１７上に位置しており、シール材１６が発電セル１２の上に重なることがないため、発電性能の低下や、電流集中による局所的な温度上昇を防ぐことができる。なお、電流集中による局所的な温度上昇とは、シール材１６が発電セル１２の上に重なった場合に、その部分の発電セルの抵抗値が上がるため、その部分以外の発電セルの抵抗値の低い部分に電流が集中的に流れて局所的に温度が上昇することである。
又、特許文献1に開示されている太陽電池モジュールでは、ガラス基板のサイズを変えずに、シール材がラミネート工程で押しつぶされても発電セルの上に重ならないように発電セルと配線の位置を離すと、発電セルの面積が小さくなり、発電性能が低くなる。つまり、特許文献1に開示されている太陽電池モジュールでは、ガラス基板のサイズを変えずに、発電性能の低下を防ぐことができない。これに対して、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１０では、ガラス基板等である第一の基板１１のサイズを変えずに、発電性能の低下を防ぐことができる。
［太陽電池モジュールの製造方法］
図３～図５は、太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。まず、図３に示す工程では、周知の方法により、第一の基板１１上に発電セル１２、分割溝１２ｘ及び１２ｙを形成する。なお、Ｂは、発電セル１２の外縁領域を示している（以降、外縁領域Ｂとする）。
図３～図５は、太陽電池モジュールの製造工程を例示する図である。まず、図３に示す工程では、周知の方法により、第一の基板１１上に発電セル１２、分割溝１２ｘ及び１２ｙを形成する。なお、Ｂは、発電セル１２の外縁領域を示している（以降、外縁領域Ｂとする）。
次に、図４に示す工程では、光吸収層１２２及び透明電極１２３を所定方向に沿って分割する分割溝１２ｚを形成して発電セル１２をパターニングすると共に、発電セル１２の外縁領域Ｂに位置する光吸収層１２２及び透明電極１２３を除去する。これにより、分割溝１２ｚ内及び外縁領域Ｂに接続用電極１８が形成され、発電セル１２の外縁領域Ｂ側の接続用電極１８の上面に緩衝部材１７が形成される。緩衝部材１７は、層構成は発電セルと同様であるが、発電には寄与しない非発電セルである。
光吸収層１２２及び透明電極１２３の除去は、例えば、ＹＡＧレーザ等を用い、パルス状のレーザ光を、除去したい領域の光吸収層１２２及び透明電極１２３に照射すればよい。或いは、レーザを用いずに、針等を用いて機械的に光吸収層１２２及び透明電極１２３を除去してもよい（メカニカルスクライブ）。
次に、図５に示す工程では、外縁領域Ｂに露出する接続用電極１８の上面に、はんだ等を用いて配線１３を接合する。配線１３としては、例えば、銅からなる電極リボン等を用いることができる。
この後、第二の基板１５の所定領域に封止材１４及びシール材１６を形成した構造体を、図５に示す構造体の所定領域に、第一の基板１１及び第二の基板１５を外側にして接着することにより、図１及び図２に示した太陽電池モジュール１０が完成する。この際、封止材１４とシール材１６の界面が緩衝部材１７上に位置するように接着することにより、発電セル１２の最上面を構成する透明電極１２３の剥離を防ぐことができる。
以上の工程では、発電セル１２のパターニング工程（分割溝１２ｚを形成する工程）と緩衝部材１７を形成する工程を兼ねることができるため、緩衝部材１７を形成することによる太陽電池モジュール１０の製造に要する時間の増加を防ぐことができる。
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上記の実施の形態ではサブストレート構造の太陽電池モジュールについて説明したが、本発明はスーパーストレート構造の太陽電池モジュールにも適用可能である。なお、スーパーストレート構造の場合には、透明電極とは反対側に位置する金属電極が剥離するおそれを抑制することができる。
又、上記の実施の形態では、配線１３を接続用電極１８上に直接配置したが、接続用電極１８上に緩衝部材１７と離間した光吸収層１２２及び透明電極１２３を積層し、透明電極１２３上に配線１３を配置してもよい。この場合、透明電極１２３は、分割溝１２ｙを介して接続用電極１８と接続されるため、透明電極１２３上の配線１３も接続用電極１８と接続される。
本国際出願は２０１５年１２月２４日に出願した日本国特許出願２０１５－２５２２０６号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１５－２５２２０６号の全内容を本国際出願に援用する。
１０ 太陽電池モジュール
１１ 第一の基板
１２ 発電セル
１２ｘ、１２ｙ、１２ｚ 分割溝
１３ 配線
１４ 封止材
１５ 第二の基板
１６ シール材
１７ 緩衝部材
１８ 接続用電極
２０ 孔
１２１ 裏面電極
１２２ 光吸収層
１２３ 透明電極
１１ 第一の基板
１２ 発電セル
１２ｘ、１２ｙ、１２ｚ 分割溝
１３ 配線
１４ 封止材
１５ 第二の基板
１６ シール材
１７ 緩衝部材
１８ 接続用電極
２０ 孔
１２１ 裏面電極
１２２ 光吸収層
１２３ 透明電極
Claims (4)
- 第一の基板と、
前記第一の基板上に形成された発電部であって、光吸収層、及び前記光吸収層の上部に設けられた電極を含む複数の発電セルと、前記発電セルに接続された接続用電極と、を有する発電部と、
前記接続用電極に接続された配線と、
前記接続用電極上に設けられ、前記発電セルと前記配線との間に位置し、前記発電セルの端部に連続的に形成された緩衝部材と、
前記発電セルを封止する封止材と、
前記封止材上に積層された第二の基板と、
前記封止材の外側面を覆うように形成されたシール材と、を備え、
前記緩衝部材は、前記発電セルと同一の層構成であり、
前記緩衝部材の最上層と、複数の前記発電セルのうち前記緩衝部材に隣接する前記発電セルの最上層は、１つの連続する層から形成され、
前記封止材と前記シール材の界面は前記緩衝部材の最上層上に位置し、
前記界面と連続する前記封止材の端部、及び前記界面と連続する前記シール材の端部は、前記緩衝部材の最上層上に位置する、太陽電池モジュール。 - 前記緩衝部材は非発電セルである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記封止材はエチレンビニルアセテート樹脂からなり、前記シール材がブチルゴムからなる、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記配線は前記接続用電極の上面に直接形成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の太陽電池モジュール。
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