JPWO2008069035A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
モジュール出力の低下を抑制することができる太陽電池モジュールを提供する。太陽電池モジュールは、光入射面保護材４０と裏面保護材６０との間に、複数の太陽電池が配設され、太陽電池の電極１０，３０同士を配線材７０により互いに電気的に接続して形成される。電極１０，３０は樹脂型導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含む。太陽電池モジュールは、バスバー電極と配線材７０の間に、樹脂９０からなる接着層を備える。また、接着層の樹脂９０の残留応力は、バスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている。
Description
本発明は、光入射面保護材と裏面保護材との間に、配線材により互いに電気的に接続された複数の太陽電池が配設された太陽電池モジュールに関する。
従来、太陽電池モジュールでは、複数の太陽電池それぞれの電極上に配線材が半田付けされることで、太陽電池間の電気接続が行われている。電極は導電性ペーストによって形成され、配線材としては半田コーティングされた銅箔が用いられることが多い。電極と配線材とを半田付けする際には、導電性ペーストと半田との合金層が形成される。これにより、電極と配線材との電気接続が行われる。また、導電性ペーストの表面や配線材の太陽電池側表面には半田付けを容易にするためにフラックスが塗布されている。
特開２００５−１０１５１９号公報
しかし、従来の太陽電池モジュールにおいて、電極と配線材とを半田付けすることによりできた合金層には、熱ダメージを受けた樹脂や、フラックスの残渣などが溜まっている。そのため、電極と配線材との間の抵抗値が上昇する。その結果、太陽電池モジュールの出力は低下してしまう。
さらに、導電性ペーストと合金層の熱膨張係数の違い、及び太陽電池と配線材（銅箔）との熱膨張係数の違いから、合金層及びその近傍に応力が集中してしまう。このため、応力が集中する部分において、破損や接着性の低下等が発生してしまう。このように破損や接着性の低下が発生すると電極と配線材との間の抵抗値が上昇する。その結果、太陽電池モジュールの出力は低下してしまう。
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、モジュール出力の低下を抑制することが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。
本発明の特徴は、光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、バスバー電極と配線材の間に、樹脂からなる接着層を備え、接着層の樹脂の残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている太陽電池モジュールであることを要旨とする。
また、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、接着層の樹脂の平均分子量がバスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも大きくされることにより、接着層の樹脂の残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされていることが好ましい。
また、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、接着層の樹脂は、エポキシ樹脂、イミド樹脂及びフェノール樹脂のいずれか１つにエラストマーが混ぜ合わされていることにより、残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされていることが好ましい。
また、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、接着層の樹脂は、剛性接着樹脂を主骨格とし、これと非相溶性の樹脂を添加した海島構造とされていることにより、残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされていることが好ましい。
また、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、接着層の樹脂は、剛性接着樹脂の主骨格中に軟質分子骨格を導入することにより、残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされていることが好ましい。
また、本発明の特徴は、光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、バスバー電極と配線材の間に、樹脂からなる接着層を備え、接着層の樹脂の平均分子量がバスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも大きい太陽電池モジュールであることを要旨とする。
また、本発明の特徴は、光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、バスバー電極と配線材の間に、樹脂からなる接着層を備え、接着層の樹脂は、エポキシ樹脂、イミド樹脂及びフェノール樹脂のいずれか１つにエラストマーが混ぜ合わされている太陽電池モジュールであることを要旨とする。
また、本発明の特徴は、光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、バスバー電極と配線材の間に、樹脂からなる接着層を備え、接着層の樹脂は、剛性接着樹脂を主骨格とし、これと非相溶性の樹脂を添加した海島構造とされている太陽電池モジュールであることを要旨とする。
また、本発明の特徴は、光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、バスバー電極と配線材の間に、樹脂からなる接着層を備え、接着層の樹脂は、剛性接着樹脂の主骨格中に軟質分子骨格を導入する太陽電池モジュールであることを要旨とする。
次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
１．太陽電池の構成
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールを構成する太陽電池の構成図である。図１に示すように、太陽電池は、シリコンウェーハ２０を有し、シリコンウェーハ２０の両面（光入射面と、光入射面と反対側に設けられた裏面）に電極１０、３０を備える。電極１０、３０は銀ペーストからなる。少なくとも光入射面側の電極は、太陽電池の内部で発生したキャリアを収集する。一の太陽電池は、光入射面側の電極に半田付けされた配線材を通じて他の太陽電池と直列に接続される。電極１０，３０それぞれは、バスバー電極及びフィンガー電極を有している。
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールを構成する太陽電池の構成図である。図１に示すように、太陽電池は、シリコンウェーハ２０を有し、シリコンウェーハ２０の両面（光入射面と、光入射面と反対側に設けられた裏面）に電極１０、３０を備える。電極１０、３０は銀ペーストからなる。少なくとも光入射面側の電極は、太陽電池の内部で発生したキャリアを収集する。一の太陽電池は、光入射面側の電極に半田付けされた配線材を通じて他の太陽電池と直列に接続される。電極１０，３０それぞれは、バスバー電極及びフィンガー電極を有している。
２．太陽電池モジュールの構成
図２は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの構成図である。図２に示すように、太陽電池モジュールでは、配線材により互いに電気的に接続された複数の太陽電池が配設される。一の太陽電池が有する電極１０と、一の太陽電池に隣接する他の太陽電池が有する３０とは、配線材７０により、直列もしくは並列に電気的に接続されている。また、複数の太陽電池は、樹脂からなる封止材５０によって封止されている。太陽電池の光入射面側には、光入射面保護材４０が配置され、光入射面の反対側に設けられた裏面側には、裏面保護材６０が配置されている。さらに、太陽電池モジュールの強度を増し、架台に強固に取り付けるために、太陽電池モジュールの周りにＡｌフレームが取り付けられてもよい。
図２は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの構成図である。図２に示すように、太陽電池モジュールでは、配線材により互いに電気的に接続された複数の太陽電池が配設される。一の太陽電池が有する電極１０と、一の太陽電池に隣接する他の太陽電池が有する３０とは、配線材７０により、直列もしくは並列に電気的に接続されている。また、複数の太陽電池は、樹脂からなる封止材５０によって封止されている。太陽電池の光入射面側には、光入射面保護材４０が配置され、光入射面の反対側に設けられた裏面側には、裏面保護材６０が配置されている。さらに、太陽電池モジュールの強度を増し、架台に強固に取り付けるために、太陽電池モジュールの周りにＡｌフレームが取り付けられてもよい。
光入射面保護材４０としては、ガラスなどが適している。裏面保護材６０としては、Ａｌなどの金属箔をＰＥＴフィルムなどで挟み込んだフィルムが用いられる。また、封止材５０としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等が用いられる。
３．太陽電池と配線材との界面
図３は、太陽電池と配線材７０との界面の拡大断面図である。電極１０のうちバスバー電極と配線材７０の間には、複数の導電性粒子８０を含む樹脂９０からなる接着層が配置される。導電性粒子８０としては、例えば、Ａｌが用いられるが、他に銅、インジウム、鉛、ニッケル等の金属粉に加え、炭素粉等の導電性の粉体などでも構わない。さらに、導電性粒子８０は、合金材料や、エポキシ、アクリル、ポリイミド、フェノール等からなる樹脂粒の表面を金属膜でコーティングしたものを用いることもできる。
図３は、太陽電池と配線材７０との界面の拡大断面図である。電極１０のうちバスバー電極と配線材７０の間には、複数の導電性粒子８０を含む樹脂９０からなる接着層が配置される。導電性粒子８０としては、例えば、Ａｌが用いられるが、他に銅、インジウム、鉛、ニッケル等の金属粉に加え、炭素粉等の導電性の粉体などでも構わない。さらに、導電性粒子８０は、合金材料や、エポキシ、アクリル、ポリイミド、フェノール等からなる樹脂粒の表面を金属膜でコーティングしたものを用いることもできる。
また、接着層の樹脂９０としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。特に、接着層の樹脂９０は、残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている。以下、接着層の樹脂９０の残留応力をバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくする手法について説明する。
３−１．平均分子量の調整
樹脂９０の残留応力を小さくするにあたっては、平均分子量を調整することが簡易である。例えば、エポキシ樹脂の硬化後の残留応力は、エポキシ基の密度にほぼ比例する。このため、樹脂９０の平均分子量が例えば２倍となると、エポキシ基の密度が半分となる。その結果、残留応力も大凡半分に低減される。従って、接着層の樹脂９０の平均分子量をバスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも大きくすることにより、接着層の樹脂９０の残留応力をバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも容易に小さくすることができる。
樹脂９０の残留応力を小さくするにあたっては、平均分子量を調整することが簡易である。例えば、エポキシ樹脂の硬化後の残留応力は、エポキシ基の密度にほぼ比例する。このため、樹脂９０の平均分子量が例えば２倍となると、エポキシ基の密度が半分となる。その結果、残留応力も大凡半分に低減される。従って、接着層の樹脂９０の平均分子量をバスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも大きくすることにより、接着層の樹脂９０の残留応力をバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも容易に小さくすることができる。
ここで、平均分子量は、Fourier transform infrared spectroscopy（ＦＴＩＲ）や、Nuclear Magnetic Resonance（ＮＭＲ）分析法を用いることにより測定することができる。なお、この場合、接着層の樹脂９０とバスバー電極に含まれる樹脂との平均分子量の比較を行うには、それぞれが同種の樹脂によって構成されていることが好ましい。
３−２．樹脂変性
さらに、樹脂９０の残留応力を小さくするにあたっては、樹脂変性を行うようにしてもよい。具体的には、エポキシ樹脂、イミド樹脂及びフェノール樹脂のいずれか１つにエラストマーを混ぜ合わせたものを接着層の樹脂９０として用いるようにしてもよい。ここで、エストラマーとしては、可撓性樹脂（例えば、合成ゴムなど）を用いることができる。上記樹脂とエストラマーとの混合により、軟性を示す樹脂９０が形成される。このような樹脂９０を接着層に用いる場合、プラネタリーミキサーや３本ロールミルを用いて両者を混練させればよい。
さらに、樹脂９０の残留応力を小さくするにあたっては、樹脂変性を行うようにしてもよい。具体的には、エポキシ樹脂、イミド樹脂及びフェノール樹脂のいずれか１つにエラストマーを混ぜ合わせたものを接着層の樹脂９０として用いるようにしてもよい。ここで、エストラマーとしては、可撓性樹脂（例えば、合成ゴムなど）を用いることができる。上記樹脂とエストラマーとの混合により、軟性を示す樹脂９０が形成される。このような樹脂９０を接着層に用いる場合、プラネタリーミキサーや３本ロールミルを用いて両者を混練させればよい。
ここで、樹脂９０の軟性は、樹脂９０に含まれるエストラマーの密度に基づいて調整することができる。エストラマーの密度は、Fourier transform infrared spectroscopy（ＦＴＩＲ）を用いることにより測定することができる。
３−３．海島構造の形成
また、剛性接着樹脂を主骨格とし、これと非相溶性の樹脂を添加した海島構造としたものを接着層の樹脂９０として用いるようにしてもよい。ここで、剛性接着樹脂としては例えばエポキシ樹脂、イミド樹脂、及びフェノール樹脂などが挙げられ、非相溶性の樹脂としては例えばシリコーン、アクリル樹脂及びポリエステルなどが挙げられる。このような樹脂９０を接着層に用いる場合も上記と同様に、プラネタリーミキサーや３本ロールミルを用いて両者を混練させればよい。
また、剛性接着樹脂を主骨格とし、これと非相溶性の樹脂を添加した海島構造としたものを接着層の樹脂９０として用いるようにしてもよい。ここで、剛性接着樹脂としては例えばエポキシ樹脂、イミド樹脂、及びフェノール樹脂などが挙げられ、非相溶性の樹脂としては例えばシリコーン、アクリル樹脂及びポリエステルなどが挙げられる。このような樹脂９０を接着層に用いる場合も上記と同様に、プラネタリーミキサーや３本ロールミルを用いて両者を混練させればよい。
ここで、樹脂９０の軟性は、剛性接着樹脂における非相溶性樹脂の割合によって調整することができる。非相溶性樹脂の割合は、Transmission electron microscopy （ＴＥＭ）やScanning electron microscopy（ＳＥＭ）を用いて、樹脂９０の断面における剛性接着樹脂に対する面積比に基づいて測定することができる。
３−４．軟質分子骨格の導入
さらに、剛性接着樹脂の主骨格中に軟質物質の軟質分子骨格を導入したものを樹脂９０として用いるようにしてもよい。ここで、剛性接着樹脂としては例えばエポキシ樹脂、イミド樹脂、及びフェノール樹脂などが挙げられ、軟質物質としては例えばウレタン樹脂及びエラストマーなどが挙げられる。このような樹脂９０を接着層に用いる場合、モノマーからポリマーに重合反応を行う際に、剛性接着樹脂と軟質物質のそれぞれのモノマーを混練し重合反応させればよい。これにより、剛性接着樹脂のモノマーとエストラマーのモノマーとが合成され、剛性接着樹脂よりも高い軟性を示す樹脂９０が形成される。
さらに、剛性接着樹脂の主骨格中に軟質物質の軟質分子骨格を導入したものを樹脂９０として用いるようにしてもよい。ここで、剛性接着樹脂としては例えばエポキシ樹脂、イミド樹脂、及びフェノール樹脂などが挙げられ、軟質物質としては例えばウレタン樹脂及びエラストマーなどが挙げられる。このような樹脂９０を接着層に用いる場合、モノマーからポリマーに重合反応を行う際に、剛性接着樹脂と軟質物質のそれぞれのモノマーを混練し重合反応させればよい。これにより、剛性接着樹脂のモノマーとエストラマーのモノマーとが合成され、剛性接着樹脂よりも高い軟性を示す樹脂９０が形成される。
ここで、樹脂９０の軟性は、樹脂９０における軟質物質の割合によって調整することができる。軟質物質の割合は、Fourier transform infrared spectroscopy（ＦＴＩＲ）や、Nuclear Magnetic Resonance（ＮＭＲ）分析法を用いることにより測定することができる。
４．作用及び効果
以上より、本実施形態に係る太陽電池モジュールでは、従来と比較して以下のよう効果がある。
以上より、本実施形態に係る太陽電池モジュールでは、従来と比較して以下のよう効果がある。
従来、半田付けの際にできた合金層には、熱ダメージを受けた樹脂やフラックスの残渣などが溜まっている。そのため、電極と配線材との間の抵抗値上昇につながり、太陽電池モジュールの出力を低下させていた。
また、銀ペーストと合金層との熱膨張係数の違いだけではなく、シリコンウェーハを含む太陽電池と、配線材に用いられる銅箔との熱膨張係数の違いにより、温度サイクル試験中などに発生する応力が合金層及びその近傍に集中してしまう。その結果、太陽電池モジュールの出力の低下が引き起こされていた。
この現象は、硬度が高く柔軟性が低いセラミックタイプの銀ペーストを用いた場合に、より明らかである。但し、柔軟性に富む銀ペーストを用いた場合でも、上記の現象は生じている。これは、熱劣化した樹脂部においては、樹脂の柔軟性が低下してしまうため、配線材と太陽電池（シリコンウェーハ）間の熱膨張により発生する応力を十分に緩和できないことによると考えられる。
この信頼性の問題は、鉛フリー化に伴う配線材の半田付け温度の上昇によって、また、モジュール化時の抵抗ロス低減のために、配線材の断面積を大きくすることによって、より明らかとなる。即ち、従来の半田付けを行う方法では、長期間の使用によってモジュール出力が低下してしまう問題があった。
上記のような問題を解決するために、配線材７０と太陽電池間の接着層としてバスバー電極上に樹脂型の導電性ペーストを塗布し、樹脂型の導電性ペースト上に配線材７０を配置し、樹脂ペーストを硬化させることにより、太陽電池と配線材７０を電気的に接続させることは可能である。しかしながら、太陽電池の集電電極に用いられる樹脂型の銀ペーストには、低抵抗であることが要求される。このようなペーストにおいては、銀粒同士をより強くひきつけあうことが求められるために、その内部応力が高くなってしまう。
そこで、本実施形態では、バスバー電極と配線材７０の間に、複数の導電性粒子８０を含む樹脂９０からなる接着層を備え、接着層の樹脂９０の残留応力をバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくした。このため、半田付けを要しないため、熱ダメージを受けた樹脂やフラックスの残渣などが溜まった合金層は形成されないこととなる。さらに、接着層の樹脂９０の残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされているため、接着層が応力を緩和させる層として作用する。これにより、接着層及びバスバー電極の破損や接着性の低下等が抑制されることとなる。従って、太陽電池モジュールの出力低下を抑制することができる。なお、接着層は樹脂９０によって配線材７０を接着するため、バスバー電極を形成するための樹脂型ペーストに比べ樹脂の量が多くされている。
また、接着層の樹脂９０の平均分子量がバスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも大きくされることにより、接着層の樹脂９０の残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている。ここで、例えばエポキシ樹脂の硬化後の残留応力は、エポキシ基の密度にほぼ比例する。このため、樹脂の平均分子量が例えば２倍となると、エポキシ基の密度が半分となり、残留応力も大凡半分に低減される。従って、接着層の樹脂９０の平均分子量をバスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも小さくすることにより、接着層の樹脂９０の残留応力をバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも容易に小さくすることができる。
また、接着層の樹脂９０は、エポキシ樹脂、イミド樹脂及びフェノール樹脂のいずれか１つにエラストマーが混ぜ合わされている。これにより、接着層の樹脂９０の残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている。このように、剛性接着樹脂に可撓性樹脂を混ぜることで、簡易に接着層の樹脂９０の残留応力を低下させることができる。
また、接着層の樹脂９０は、剛性接着樹脂を主骨格とし、これと非相溶性の樹脂を添加した海島構造とされている。これにより、接着層の樹脂９０の残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている。このように、海島構造とすることにより、応力が非相溶性の島部分によって緩和される。その結果、簡易に接着層の樹脂９０の残留応力を低下させることができる。
また、接着層の樹脂９０は、剛性接着樹脂の主骨格中に軟質分子骨格を導入することにより構成されている。これにより、接着層の樹脂９０の残留応力がバスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている。従って、接着層の樹脂は分子レベルで応力を低下させることができる。
５．その他の実施形態
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記の実施形態では、集電電極を銀ペーストとして説明したが、集電電極の主成分はこれに限るものではない。また、バスバー電極と配線材７０とは、複数の導電性粒子により導通をとられていてもよいし、単一の導電性粒子で導通をとられていてもよい。特に、導電性粒子の硬度は、接着層の樹脂９０を硬化させる際の圧力により変形し、配線材７０及びバスバー電極との接触面積が大きくなるように調整されることが望ましい。
また、バスバー電極と配線材７０とを接着する接着層は、導電性粒子８０を含んでいなくてもよい。バスバー電極と配線材７０とが部分的に直接接する構成である場合、両者が直接接する部分において、バスバー電極と配線材７０との電気的な接続が図られる。従って、このような構成の場合には、接着層は樹脂９０のみにより構成することができる。
さらに、太陽電池は、図１や図３に示したものに限らず、裏面の略全面に電極を有するものであっても良いし、裏面に正負１対の電極を有するものであっても良い。また、太陽電池モジュールは、ＨＩＴ太陽電池モジュールであっても良いし、通常の熱拡散法にて接合が形成される、結晶系の太陽電池など他の種別の太陽電池を用いた太陽電池モジュールであっても良い。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。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。
以下、本発明に係る太陽電池モジュールについて、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
（実施例）
本発明の実施例に係る太陽電池モジュールとして、図３に示す太陽電池を用いたものを以下のように作製した。実施例に係る太陽電池は、ＨＩＴ太陽電池である。
本発明の実施例に係る太陽電池モジュールとして、図３に示す太陽電池を用いたものを以下のように作製した。実施例に係る太陽電池は、ＨＩＴ太陽電池である。
まず、エポキシ樹脂からなる樹脂中に、１μｍφ程度の球状粉及び１０μｍφ程度のフレーク粉を混ぜた銀粒子を、２０：８０〜１０：９０ｗｔ％の割合で混合し、全体の０．５〜５％程度の有機溶剤によって粘度を調節したペーストを用意した。このペーストを、太陽電池上にスクリーン印刷法でパターン形成した後、２００℃、１ｈの条件で硬化させてバスバー電極を有する集電電極を形成した。
次に、接着層として、エポキシ樹脂からなる樹脂中に、約１０μｍφ程度の球状のスズ粒子を、８０：２０〜９５：５ｗｔ％の割合で混合し、全体の０．５〜５％程度の有機溶剤によって粘度を調節したペーストを用意した。そして、このペーストをバスバー電極上に塗布し、その上に配線材７０を配置した後、２ＭＰａの圧力を加えた。その後、２００℃、１時間の熱処理を行い、エポキシ樹脂を硬化させた。
ここで、上記した集電電極と接着層とは、導電性粒子のサイズ及び配合比が異なっている。この違いは以下の理由による。すなわち、集電電極は、比抵抗が小さいことが望まれるために銀粒子のサイズと配合比が調整されている。これに対し、接着層は、バスバー電極と配線材７０との電気的な接続が良好に行われることを目的として、スズ粒子のサイズと配合比が調整されている。特に、実施例では、単一の導電性粒子で導通がとられるようにスズ粒子のサイズが調整され、バスバー電極と配線材７０との接着力を強固にするためにスズ粒子と樹脂９０との配合比が調整されている。
また、上記の接着層のエポキシ樹脂は、バスバー電極のエポキシ樹脂に対して、分子量が２倍とされている。この実施例では、直鎖状のエポキシ樹脂の鎖部の長さを約２倍とした。エポキシ樹脂の硬化後の残留応力はエポキシ基の密度にほぼ比例するため、分子量が２倍となると、エポキシ基の密度が半分となる。その結果、接着層の樹脂９０の残留応力も約半分に低減される。
以上のようにして、配線材７０を貼り付けた太陽電池を用い、ガラス、ＥＶＡ、太陽電池、ＥＶＡ、及び裏面保護シートの順に積層させた。その後、１５０℃での真空加熱を５分間行い、ＥＶＡ樹脂を軟化させた。その後、大気圧での加熱圧着を５分間行い、ＥＶＡ樹脂で太陽電池をモールドした。続いて、１５０℃の高温槽中に５０分間保持して、ＥＶＡ樹脂を架橋させて太陽電池モジュールとした。
（比較例）
比較例に係る太陽電池モジュールとして、実施例の接着層を構成するエポキシ樹脂の分子量を、バスバー電極のエポキシ樹脂の分子量と同じにしたものを作製した。なお、比較例に係る太陽電池モジュールは、分子量以外の製造工程について実施例と同じである。
比較例に係る太陽電池モジュールとして、実施例の接着層を構成するエポキシ樹脂の分子量を、バスバー電極のエポキシ樹脂の分子量と同じにしたものを作製した。なお、比較例に係る太陽電池モジュールは、分子量以外の製造工程について実施例と同じである。
（従来例）
また、従来例に係る太陽電池モジュールとして、図４に示す太陽電池を用いた太陽電池モジュールを作製した。従来例に係る太陽電池では、配線材７０をバスバー電極に半田付けして接続した。具体的には、配線材７０の太陽電池側に有機酸系のフラックスを塗布した後、フラックスを乾燥させた。その後にバスバー電極上に配線材７０を配置し、太陽電池及び配線材７０に３００℃程度の温風を吹きつけた。これにより、配線材７０の半田とバスバー電極１０の銀ペーストを合金化させ、合金層１００を形成した。
また、従来例に係る太陽電池モジュールとして、図４に示す太陽電池を用いた太陽電池モジュールを作製した。従来例に係る太陽電池では、配線材７０をバスバー電極に半田付けして接続した。具体的には、配線材７０の太陽電池側に有機酸系のフラックスを塗布した後、フラックスを乾燥させた。その後にバスバー電極上に配線材７０を配置し、太陽電池及び配線材７０に３００℃程度の温風を吹きつけた。これにより、配線材７０の半田とバスバー電極１０の銀ペーストを合金化させ、合金層１００を形成した。
（温度サイクル試験）
実施例、比較例、従来例に係る太陽電池モジュールにおいて、モジュールの出力と、配線材を貼り付ける前（集電電極を形成した直後）の出力を比較することにより、出力の相関を評価した。
実施例、比較例、従来例に係る太陽電池モジュールにおいて、モジュールの出力と、配線材を貼り付ける前（集電電極を形成した直後）の出力を比較することにより、出力の相関を評価した。
また、実施例、比較例、従来例に係る太陽電池モジュールにおいて、ＪＩＳ Ｃ ８９１７に従い、温度サイクル試験を実施した。ＪＩＳ試験では、−４０℃〜９０℃のサイクルを２００サイクルと定められているが、さらに長期間の信頼性を評価するために、４００サイクルまで増やして試験を実施した。
上述した太陽電池／太陽電池モジュール出力相関と、温度サイクル試験の結果を表１に示す。
ここで、太陽電池／太陽電池モジュール出力相関の値は、モジュール化前後の抵抗成分に依存するパラメータであるＦ．Ｆ．に着目し、（モジュール化後のＦ．Ｆ．）／（集電電極を形成した直後の太陽電池のＦ．Ｆ．）の値を示している。また、温度サイクル試験の結果としては、（試験後のＰmax）／（試験前のＰmaxの値）を示している。
表１に示すとおり、太陽電池／太陽電池モジュール出力相関を見ると、実施例＝比較例＞従来例の順になっている。これは、従来例では、バスバー電極と配線材間の合金層やフラックスの残渣などが抵抗成分として働いているためであると考えられる。
また、温度サイクル試験の結果（２００サイクル）では、比較例及び従来例は、実施例よりも若干低い値を示した（差が０．５％）。これが４００サイクル後になると、比較例及び従来例は、実施例よりもさらに低い値を示した（比較例：差が１．０％、従来例：差が２．５％）。また、４００サイクル後において、従来例は、比較例よりも低い値を示した（差が１．５％）。従来例が最も値が低くなる原因は、合金層が硬く、配線材７０と太陽電池との間の内部応力が高いため、配線材７０とバスバー電極との間で亀裂などが生じ、抵抗成分が増したためであると考えられる。また、比較例が実施例よりも値が低くなる原因は、比較例の方が実施例よりも分子量が小さく残留応力が大きいためであると考えられる。
以上より、実施例に係る太陽電池モジュールによると、太陽電池／太陽電池モジュール出力相関と長期の温度サイクル試験の耐性を両立でき、太陽電池モジュールの出力低下を抑制できることが分かった。
（その他の実施例）
以上の説明は、ＨＩＴ太陽電池における実施例であるが、熱拡散法により形成された結晶系太陽電池においても同様である。即ち、熱拡散法により形成された結晶系太陽電池であっても、太陽電池（バスバー電極）と配線材間に、応力緩和が可能である接着層を設けた場合と、応力緩和が不可能な合金層を設けた場合とでは、温度サイクル耐性が大きく異なってしまう。特に、熱拡散法では樹脂ペーストの硬化温度が高いことから、残留応力が大きくなってしまうため、より温度サイクル耐性が大きく異なってしまう。
以上の説明は、ＨＩＴ太陽電池における実施例であるが、熱拡散法により形成された結晶系太陽電池においても同様である。即ち、熱拡散法により形成された結晶系太陽電池であっても、太陽電池（バスバー電極）と配線材間に、応力緩和が可能である接着層を設けた場合と、応力緩和が不可能な合金層を設けた場合とでは、温度サイクル耐性が大きく異なってしまう。特に、熱拡散法では樹脂ペーストの硬化温度が高いことから、残留応力が大きくなってしまうため、より温度サイクル耐性が大きく異なってしまう。
また、上記実施例では、接着層のエポキシ樹脂の分子量を、バスバー電極のエポキシ樹脂の分子量の２倍にして残留応力を低減させているが、上記したように、エポキシ樹脂の変性を行って残留応力を低減させても同様の効果が得られる。
なお、日本国特許出願第２００６−３２０２１９号（２００６年１１月２８日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
以上のように、本発明に係る太陽電池モジュールは、モジュール出力の低下を抑制することができるため、太陽光発電に有用である。
Claims (9)
- 光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、前記太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、
前記電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、
前記バスバー電極と前記配線材の間に、樹脂からなる接着層が形成されており、
前記接着層の樹脂の残留応力が前記バスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている
ことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記接着層の樹脂の平均分子量が前記バスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも大きくされることにより、前記接着層の樹脂の残留応力が前記バスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記接着層の樹脂は、エポキシ樹脂、イミド樹脂及びフェノール樹脂のいずれか１つにエラストマーが混ぜ合わされていることにより、前記接着層の樹脂の残留応力が前記バスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記接着層の樹脂は、剛性接着樹脂を主骨格とし、これと非相溶性の樹脂を添加した海島構造とされていることにより、前記接着層の樹脂の残留応力が前記バスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記接着層の樹脂は、剛性接着樹脂の主骨格中に軟質分子骨格を導入することにより、前記接着層の樹脂の残留応力が前記バスバー電極に含まれる樹脂の残留応力よりも小さくされている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、前記太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、
前記電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、
前記バスバー電極と前記配線材の間に、樹脂からなる接着層が形成されており、
前記接着層の樹脂の平均分子量が前記バスバー電極に含まれる樹脂の平均分子量よりも大きい
ことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、前記太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、
前記電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、
前記バスバー電極と前記配線材の間に、樹脂からなる接着層が形成されており、
前記接着層の樹脂は、エポキシ樹脂、イミド樹脂及びフェノール樹脂のいずれか１つにエラストマーが混ぜ合わされている
ことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、前記太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、
前記電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、
前記バスバー電極と前記配線材の間に、樹脂からなる接着層が形成されており、
前記接着層の樹脂は、剛性接着樹脂を主骨格とし、これと非相溶性の樹脂を添加した海島構造とされている
ことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 光入射面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が配設され、前記太陽電池の電極同士を配線材により互いに電気的に接続してなる太陽電池モジュールであって、
前記電極は樹脂型の導電性ペーストによって形成されるバスバー電極を含み、
前記バスバー電極と前記配線材の間に、樹脂からなる接着層が形成されており、
前記接着層の樹脂は、剛性接着樹脂の主骨格中に軟質分子骨格を導入する
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
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