JPWO2012090694A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
この発明は、太陽電池１０の裏面上に配された配線材を有する太陽電池モジュールであって、太陽電池１０の電極部の半田付け領域１６ａ（１７ａ）と接続される配線タブ３０と、配線材タブ３０と太陽電池１０の間に挟み込まれる絶縁シート５０と、を備え、配線タブ３０は、半田付けされる領域に対応する平坦部３０ａと、平坦部３０ａから絶縁シート５０の厚みに対応して立ち上がる立ち上がり部３０ｂと、立ち上がり部３０ａから平坦部３０ａと平行になるように折れ曲がる延伸部３０ｃと、からなる。上記の構成とすることにより、太陽電池モジュール作製の際に、延伸部３０ｃと太陽電子１０の間には、絶縁シート５０の厚みに相当する空隙が形成されているので、絶縁シート５０を半田接続箇所の近傍または密接する箇所まで挿入でき、太陽電池モジュール作製における作業性が向上する。
Description
この発明は、太陽電池の裏側に配された配線を有する太陽電池モジュールに関するものである。
太陽電池モジュールは、電気的に接続された複数の太陽電池を有する複数の太陽電池ストリング、太陽電池ストリング同士の電気的な接続を行う渡り配線と、太陽電池の発電電力を外部に取出すための取出し配線とを有している。従来、太陽電池モジュールの発電効率を高めるために、配線材を折り曲げて太陽電池の裏側に配する構造が検討されている。かかる従来のモジュールでは、図１７に示すように、半田４００で取り付けた配線材３００と太陽電池１００との間の電気的接触を防止するために、配線材３００と太陽電池１００との間に、ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁シート５００を介在させている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記の絶縁シートを太陽電池と配線材との間に挿入しようとすると、図１７に示すように、作業性が悪い場合があった。
この発明は、上記の点に鑑み、作業性の向上した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
この発明は、太陽電池の裏面上に配された配線材を有する太陽電池モジュールであって、前記配線材と太陽電池の間に挟み込まれる絶縁シートを備え、前記配線材は、半田付けされる領域に対応する平坦部と、平坦部から絶縁シートの厚みに対応して立ち上がる立ち上がり部と、立ち上がり部から平坦部と平行になるように折れ曲がる延伸部と、からなる。
この発明によれば、配線材と太陽電池間の間に絶縁シートを容易に挟み込むことができ、作業性の向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
図１は、実施形態にかかる太陽電池を示す模式的断面図であり、図２は裏面側から見た模式的平面図である。この実施形態に係る太陽電池は、裏面接合型の太陽電池である。太陽電池１０は、ｎ型単結晶シリコン（Ｓｉ）等の半導体ウエハからなる基板１１の裏面側にｐ型領域１３およびｎ型領域１２を有している。
ｐ型領域１３は、一の方向にライン状に延びるフィンガー部を複数含んでいる。またｐ型領域１３は、基板１１の一端部に沿って設けられたバスバー部を含んでいる。バスバー部は前記一の方向と直交する方向に沿って延び、複数のフィンガー部と接続する。
ｎ型領域１２は、一の方向にライン状に延びるフィンガー部を複数含んでいる。またｎ型領域１３は、基板１１の他端部に沿って設けられたバスバー部を含んでいる。バスバー部は前記一の方向と直交する方向に沿って延び、複数のフィンガー部と接続する。
ｐ型領域１３のフィンガー部及びｎ型領域１２のフィンガー部は、所定の間隔を隔てて互いに平行に配列されている。尚、図１は、ｐ型領域１３及びｎ型領域１２を熱拡散法によって基板１１内に作製したものであるが、本発明はこれに限るものではなく、基板１１の裏面上に薄膜形成法を用いて形成されたｐ型半導体層及びｎ型半導体層を有するものであっても良い。
基板１１の受光面上および裏面上には、キャリアの表面再結合を抑制するために、パッシベーション膜１８、１４が設けられている。これらのパッシベーション膜１８、１４は、シリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜から構成される。
基板１１の受光面上に形成されるパッシベーション膜１８として、シリコン窒化膜を用いた場合には、その屈折率が２．１程度となるため、シリコン窒化膜は基板１の受光面における太陽光の反射を抑制する反射防止膜（ＡＲ層）としても用いることができる。
基板１１の裏面上に形成されるパッシベーション膜１４の所定箇所には、ｐ領域１３またはｎ領域１２まで貫通する孔が設けられている。この孔の形状は特に限定されず、ドット状、ライン状等の形状が用いられる。
ｎ型領域１２上にはｎ側電極１６、ｐ型領域１３上にはｐ側電極１７が設けられている。ｎ側電極１６およびｐ側電極１７は、パッシベーション膜１４に設けられた孔の中を埋設し、ｎ型領域１２及びｐ型領域１３に夫々電気的に接続する。ｎ側電極１６は、バスバー部１６−１及び複数のフィンガー部１６−２を含んでいる。バスバー部１６−１及び複数のフィンガー部１６−２は、ｎ型領域１２のバスバー部及び複数のフィンガー部に対応して設けられる。ｐ側電極１７は、バスバー部１７−１及び複数のフィンガー部１７−２を含んでいる。バスバー部１７−１及び複数のフィンガー部１７−２は、ｐ型領域１３のバスバー部及び複数のフィンガー部に対応して設けられる。
電極１６、１７の材料としては、太陽電池に発生する電流を外部に十分に取り出すことができるように、銅、銀又はアルミニウムなどの導電材料が用いられる。さらに、メッキにより銅などをアルミニウムの下地電極上に成長させ、低抵抗の電極を形成しても良い。
後述するように、ｎ側電極１６及びｐ側電極１７のバスバー部１６−１、１７−１には、配線タブが半田付けされる半田付け領域１６ａ、１７ａが電極と連なって設けられている。この実施形態では、半田付け領域１６ａ、１７ａがそれぞれ３箇所ずつ設けられている。
この実施形態では、図３に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１１は、１２５．５ｍｍ角の正方形状のものが用いられ、ｎ型単結晶シリコン基板１１の端部の中央付近に幅ａｍｍ、長さｂｍｍの矩形状の半田付け領域１６ａ（１７ａ）が設けられる。幅ａは、５ｍｍ〜９ｍｍの範囲で選択され、長さｂは６ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で選択される。この実施形態では、例えば、幅６ｍｍ、長さ７ｍｍの矩形状の半田付け領域１６ａ（１７ａ）が設けられる。そして、その中央の半田付け領域から左右にそれぞれ４０ｍｍ〜４２ｍｍの間隔を開けて、同様の大きさの半田付け領域１６ａ（１７ａ）が設けられている。
以上のように構成された複数の太陽電池は、一の方向に直線状に配列され、配線材を用いて互いに電気的に接続され、太陽電池ストリングを構成する。図３に示すように、隣り合う太陽電池１０，１０は、一方の太陽電池１０の半田付け領域１６ａと他方の太陽電池の半田付け領域１７ａとが互いに対向するように配列される。図４に示すように、隣り合って配列された太陽電池１０、１０は、配線材３３によって電気的に接続される。尚、配線材３３は半田によって半田付け領域１６ａ，１７ａに夫々接続される。また、太陽電池１０、１０間の間隔は２ｍｍである。
また、図４、図５に示すように、半田付け領域１６ａ（１７ａ）に接続した配線タブ３０が渡り配線３１に接続される。そして、渡り配線３１を流れる電流は、引き出し線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを介して、太陽電池モジュールの外部に取り出される。このように、配線タブ３０、渡り配線３１、引き出し線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄがｎ型電極１６、ｐ型電極１７の上に設けられる。このような場合には、配線による短絡を防止するために、充填材または絶縁材等からなる絶縁シート５０が配線タブ３０、渡り配線３１及び引き出し線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと太陽電池１０との間に挟み込まれる。
図６は、半田付け領域と配線タブの接続部の詳細を示す平面図である。図６に示すように、基板１１のセル端部から１ｍｍ以下、例えば、０．７４ｍｍの箇所までｎ型電極１６またはｐ型電極１７の端が位置するように、太陽電池１０の裏面全体を覆うように、ｎ型電極１６及びｐ型電極１７が形成されている。前述したように、半田付け領域１６ａ（１７ａ）は、例えば６ｍｍ×７ｍｍの大きさで形成される。半田が設けられるタブ接続箇所４０ａの面積は、３ｍｍ×３ｍｍで、セル端から１．５ｍｍ〜５．５ｍｍ、例えば、２、５ｍｍ離れた箇所に設けられる。ここで、半田付け領域１６ａ（１７ａ）は、電極形成誤差、半田付けの位置合わせ誤差を考慮して、タブ接続箇所４０ａの倍以上の大きさに形成されている。
さて、この実施形態では、配線タブ３０の形状が、配線タブ３０と基板１１との間に挟み込む充填材または絶縁材からなる絶縁シート５０の厚みを考慮して形成されている。すなわち、図６に示すように、配線タブ３０は、タブ接続箇所４０ａの大きさに対応する平坦部３０ａと、平坦部３０ａから絶縁シート５０の厚みに対応して立ち上がる立ち上がり部３０ｂと、立ち上がり部３０ｂから平坦部３０ａと平行になるように折れ曲がる延伸部３０ｃと、を有するように形成されている。
図７に示すように、太陽電池１０の半田付け領域１６ａ（１７ａ）に、配線タブ３０の平坦部３０ａを半田４０にて接着する。太陽電池１０に半田で取り付けられた配線タブ３０は、立ち上がり部３０ｂにより、延伸部３０ｃと太陽電池１０の間には、絶縁シート５０の厚みに相当する空間が形成されている。
配線タブ３０の厚さは１００μｍ〜３００μｍ程度で、その幅は、半田付け領域１６ａ（１７ａ）の幅より狭く半田接続箇所の幅より広く形成されている。長さは、絶縁シート５０の幅と半田接続箇所の幅の和より短く形成されている。この実施形態では、絶縁シート５０の幅は４０ｍｍ、半田接続箇所の幅は３ｍｍであるので、平坦部３０ａの先端から延伸部３０ｃの後端まで４０ｍｍとしている。
平坦部３０ａは、タブ接続箇所４０ａの長さ３ｍｍより位置合わせの誤差を含めた分長く形成されている。立ち上がり部３０ｂの高さ（図中ｘ）は、半田付けをした後に、絶縁シート５０が間に挟め込まれるように、絶縁シート５０の厚みから半田４０の厚みを引いた厚みより若干大きくしている。例えば、半田４０の厚みが４０μｍ、絶縁シート５０の厚みが６００μｍの場合、この高さｘは５６０μｍより若干広くしている。なお、半田４０の厚みを引かずに、絶縁シート５０の厚み分の高さと同等に設定しても良い。
図７、図８に示すように、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、オレフィン系樹脂等の充填材からなる厚み６００μｍの絶縁シート５０を延伸部３０ｃと太陽電池１０との間に挟み込む。延伸部３０ｃと太陽電池１０の間には、絶縁シート５０の厚みに相当する空間が形成されているので、絶縁シート５０は、半田接続箇所の近傍または密接する箇所まで挿入できる。このため、太陽電池１０と配線タブ３０との間の接続部近傍の絶縁が絶縁シート５０によって確保される。図９に示すように、配線タブ３０並びに渡り配線３１と太陽電池１０との間には、半田４０に近接または密接して絶縁シート５０が挟み込まれている。図９のＡ−Ａ線断面を示す図１０に示すように、絶縁シート５０が半田４０による接続部に密接し、そして、ｎ型電極１６、ｐ型電極１７の上に絶縁シート５０が配置されているので、配線タブ３０、渡り配線３１による短絡は防止されている。
太陽電池モジュールは、一方の太陽電池１０のｐ側電極１７と他方の太陽電池１０のｎ側電極１６とを配線タブ３０、渡り配線３１を用いて電気的に接続する。さらに、図４に示すように、渡り配線３１は、モジュール外部に出力を取り出す出力配線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと接続されている。出力配線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、端子ボックス（図示しない）の端子と接続される。通常、出力配線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、厚さ１００μｍ〜３００μｍ程度、幅６ｍｍ程度の銅箔の全面を半田で覆い、所定の長さに切断したものが渡り配線３１に半田付けされている。また、出力配線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの表面は、絶縁フィルムによって被覆されている。
太陽電池モジュールは、受光面側からガラス等の透光性の材料からなる表面保護部材２０、ＥＶＡ等の透光性を有する封止材２２、太陽電池ストリングを構成する複数の太陽電池１０、裏面側の封止材２２、裏面保護部材２１をこの順序で積み重ね、ラミネートされて一体化される。このラミネート処理により、図１１に示すように、充填材からなる絶縁シート５０は架橋され、太陽電池１０と配線タブ３０とが接続された状態で一体化される。図１１に示すように、太陽電池１０、絶縁シート５０、配線タブ３０、渡り配線３１等は、密着して一体化されるので、気泡等の発生は無い。
このように、太陽電池１０と配線タブ３０との接続部近傍または密接して充填材等の絶縁シート５０が一体化されるため、半田付け領域１６ａ（１７ａ）の周囲のバスバー電極１６−１（１７−１）の領域を広くすることなく配線タブ３０、渡り配線３１に対する絶縁を確保できる。これによって、フィンガー電極１６−２（１７−２）を設ける領域を広くすることが可能となり、出力の向上に寄与する。また、配線タブ３０と太陽電池１０間の接続部近傍で、太陽電池１０に負荷をかけることなく、充填材等からなる絶縁シート５０を設置することができる。このため、太太陽電池１０の割れなどが防げ、歩留まりや信頼性を向上させることができる。
また、太陽電池１０と配線タブ３０との間に、絶縁シート５０が挿入される分だけの空隙が設けられているので、絶縁シート５０の設置が容易に行える。
上記した実施形態においては、絶縁シート５０として、単体の充填材を用いているが、絶縁シート５０としては、種々のものを用いることができる。
第２の実施形態として、例えば、絶縁シート５０として、片面に粘着材や接着剤等の接着層を設けた絶縁シートを用いた例を図１２及び図１３を参照して説明する。図１２及び図１３に示す絶縁シート５０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥ（ポリエチレン）などの絶縁基材５１の片面に粘着材や接着剤等の接着層５３が設けられている。粘着材用樹脂材料としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート）、ＰＶＢ、オレフィン系樹脂を用いることができる。また、接着剤としては、アクリル系接着剤、シリコン系接着剤、ゴム系接着剤、ウレタン系接着剤を用いることができる。絶縁基材５１の厚みは５０μｍ〜７５μｍ、接着層５３の厚みは２５μｍ〜４５μｍである。接着層５３を設けていない側には、充填材等の接着層５２を挟み込む必要がある。この第２の実施形態では、接着層５３を太陽電池１０側に面して配置し、接着層５３によって太陽電池１０に絶縁基材５１を貼り付ける。そして、図１３に示すように、絶縁基材５１の上に充填材からなる接着層５２を挿入している。この接着層５２の厚みは、６００μｍ程度である。
図１２及び図１３に示すように、配線タブ３０の延伸部３０ｃと太陽電池１０の間には、接着層５３、絶縁基材５１、接着層５２からなる絶縁シート５０の厚みに相当する空間が形成されている。
また、配線タブ３０と太陽電池１０との間の半田接続は、絶縁シート５０を挟み込む前に行う以外に、接着層５３で太陽電池１０に絶縁基材５１を接着した後に行ってもよい。
第３の実施形態として、例えば、絶縁シート５０として、両面に粘着材や接着剤等の接着層を設けた絶縁シートを用いた例を図１４及び図１５を参照して説明する。絶縁基材５１の両面に粘着材や接着剤等の接着層５３が設けられている。絶縁基材５１の厚みは５０μｍ〜７５μｍ、接着層５３の厚みは２５μｍ〜４５μｍである。この第３の実施形態では、一方の接着層５３を太陽電池１０側に面して配置し、太陽電池１０に他方の接着層５３で絶縁シート５０を貼り付ける。そして、図１３に示すように、絶縁基材５１の接着層５３上に延伸部３０ｃが配置される。
このため、配線タブ３０の延伸部３０ｃと太陽電池１０の間には、接着層５３、絶縁基材５１、接着層５３からなる絶縁シート５０の厚みに相当する空間が形成されている。
図１５に示すように、配線タブ３０と太陽電池１０との間の半田接続は、まず、太陽電池１０の半田付け領域１６ａ（１７ａ）に、配線タブ３０の平坦部３０ａを半田４０にて接着する。その後、太陽電池１０と配線タブ３０との間に絶縁シート５０を挟み込み、接着層５３で太陽電池１０、配線タブ３０がそれぞれ接着される。
第３の実施形態について、図１６に示すように、接着層５３で太陽電池１０に絶縁シート５０を接着した後、配線タブ３０と太陽電池１０の半田付け領域１６ａ（１７ａ）に、半田４０により接続してもよい。
また、接着層５３として、ＥＶＡ等の熱可逆性樹脂を用いると、ラミネート時の熱処理まで太陽電池１０、配線タブ３０と接着しないので、スムーズに空間部に絶縁シート５０を挿入させることができ、作業性が良い。
また、第３の実施形態の変形例として、接着層５３が常温で粘着性を有するものである場合には、先に太陽電池１０の所定の位置に接着層５３により絶縁シート５０を貼り付けておき、その絶縁シートを位置決めとして、配線タブ３０を太陽電池１０の半田付け領域１６ａ（１７ａ）に半田４０により接続しても良い。
例えば、上記の実施形態では裏面接合型の太陽電池を用いた太陽電池モジュールについて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、半導体ウエハの両面に電極を備える太陽電池を用いた太陽電池モジュールにも適用することができる。
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。この発明の範囲は、上記した実施の形態の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
１１ 基板
１２ ｎ型領域
１３ ｐ型領域
１６ ｎ型電極
１７ ｐ型電極
１６ａ、１７ａ 半田付け領域
３０ 配線タブ
３０ａ 平坦部
３０ｂ 立ち上がり部
３０ｃ 延伸部
５０ 絶縁シート
１１ 基板
１２ ｎ型領域
１３ ｐ型領域
１６ ｎ型電極
１７ ｐ型電極
１６ａ、１７ａ 半田付け領域
３０ 配線タブ
３０ａ 平坦部
３０ｂ 立ち上がり部
３０ｃ 延伸部
５０ 絶縁シート
Claims (6)
- 太陽電池の裏面上に配された配線材を有する太陽電池モジュールであって、
前記配線材と太陽電池の間に挟み込まれる絶縁シートを備え
前記配線材は、半田付けされる領域に対応する平坦部と、平坦部から絶縁シートの厚みに対応して立ち上がる立ち上がり部と、立ち上がり部から平坦部と平行になるように折れ曲がる延伸部と、を有する、太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池に、前記配線材の平坦部より面積が大きく形成された半田付け領域が設けられている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記絶縁シートは充填材で形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記絶縁シートは、絶縁基材の両面に接着層が設けられている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 前記接着層は熱可逆性樹脂からなる請求項４に記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池は、裏面接合型の太陽電池である、請求項１乃至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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