JPWO2012124463A1 - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
耐湿性の改善された太陽電池および太陽電池モジュールを提供する。太陽電池１０は、光電変換部２０と、ｎ側電極２１ｂと、ｐ側電極２１ａとを備えている。光電変換部２０は、ｎ型表面及びｐ型表面を有する。ｎ側電極２１ｂは、ｎ型表面に電気的に接続されている。ｐ側電極２１ａは、ｐ型表面に電気的に接続されている。ｎ側電極２１ｂ及びｐ側電極２１ａのそれぞれにおけるＮａの含有量が２０ｐｐｍ以下である。
Description
本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。
太陽電池モジュールは、太陽電池を備えている。太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の上に配されたｎ側電極及びｐ側電極とを有する。太陽電池は、表面保護材と、裏面保護材との間に配されている。表面保護材と裏面保護材との間には、充填材層が充填されている。太陽電池は、この充填材層により封止されている。
このような太陽電池モジュールにおいて、例えば特許文献１に記載されるように、耐湿性を高めるための種々の検討がなされている。
近年、太陽電池モジュールの耐湿性をさらに向上したいという要望がさらに高まってきている。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐湿性の改善された太陽電池および太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、ｎ側電極と、ｐ側電極とを備えている。光電変換部は、ｎ型表面及びｐ型表面を有する。ｎ側電極は、ｎ型表面に電気的に接続されている。ｐ側電極は、ｐ型表面に電気的に接続されている。ｎ側電極及びｐ側電極のそれぞれにおけるＮａの含有量が２０ｐｐｍ以下である。
本発明に係る太陽電池モジュールは、第１の保護部材と、第２の保護部材と、充填材層と、太陽電池とを備えている。充填材層は、第１の保護部材と第２の保護部材との間に充填されている。太陽電池は、充填材層内に配されている。太陽電池は、光電変換部と、ｎ側電極と、ｐ側電極とを有する。光電変換部は、ｎ型表面及びｐ型表面を有する。ｎ側電極は、ｎ型表面に電気的に接続されている。ｐ側電極は、ｐ型表面に電気的に接続されている。ｎ側電極及びｐ側電極のそれぞれにおけるＮａの含有量が２０ｐｐｍ以下である。
本発明によれば、耐湿性の改善された太陽電池および太陽電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。
太陽電池モジュール１は、少なくとも一つの太陽電池ストリング２を備えている。太陽電池ストリング２は、複数の太陽電池１０を有する。太陽電池ストリング２において、複数の太陽電池１０は、ｘ方向に沿って配列されている。複数の太陽電池１０は、配線材１１によって互いに電気的に接続されている。
太陽電池ストリング２の受光面側には、透光性部材１５が配されている。一方、太陽電池ストリング２の裏面側には、耐候性部材１４が配されている。透光性部材１５と耐候性部材１４との間には、充填材層１３が充填されている。複数の太陽電池１０は、この充填材層１３により封止されている。また、耐候性部材１４の表面上には、太陽電池１０の発電電力を外部に取出すための端子ボックスが取り付けられる。
透光性部材１５は、透光性を有するガラス板やプラスチック板により構成されている。耐候性部材１４は、金属膜を含まない樹脂シートにより構成されている。よって、耐候性部材１４の水蒸気透過率（Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒａｔｅ：ＷＶＴＲ）は、０．０１ｇ／ｍ2・ｄａｙ以上である。なお、耐候性部材１４を構成している樹脂シートは、例えば、ポリエステル系樹脂で作られた樹脂シートや、ＰＥＴまたはフッ素系樹脂で作られたＰＶＦ等の樹脂シートを含んで構成することができる。
なお、本実施形態において、「水蒸気透過率」とは、４０℃、９０％ＲＨにおいて1日あたりの、単位面積当たりの透過水分量である。水蒸気透過率は、モコン法により測定することができる。
充填材層１３の構成材料は、特に限定されない。充填材層１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂からなる群から選ばれた少なくとも樹脂を含むものとすることができる。
図２は、本実施形態における太陽電池の第１の主面の略図的平面図である。図３は、本実施形態における太陽電池の第２の主面の略図的透視平面図である。
太陽電池１０は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、受光することによってキャリア（電子及び正孔）を生成する。光電変換部２０は、特に限定されないが、例えば、一の導電型を有する結晶半導体基板と、半導体基板の上に配されており、他の導電型を有する半導体層とを有するものとすることができる。また、光電変換部２０は、一の導電型を有する半導体基板に他の導電型のドーパントが拡散された拡散領域を有するもの、化合物半導体層を有するもの、光吸収層としての薄膜半導体を有するもの等とすることもできる。すなわち、太陽電池１０は、例えば、結晶性シリコン太陽電池、薄膜シリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池等により構成することができる。
光電変換部２０は、第１の主面２０ａ及び第２の主面２０ｂを有する。光電変換部２０は、第１及び第２の主面２０ａおよび２０ｂのうち、一方の主面が透光性部材１５に対向し、他方の主面が耐候性部材１４と対向するように配されている。本実施形態では、第１の主面２０ａは、ｐ型表面を構成している。ｐ型表面上に設けられた透光性導電膜の表面が第１の主面２０ａを構成していてもよい。第１の主面２０ａの上には、金属を含むｐ側電極２１ａが配されている。ｐ側電極２１ａは、ｐ型表面と電気的に接続されている。
第２の主面２０ｂは、ｎ型表面を構成している。ｎ型表面上に設けられた透光性導電膜の表面が第２の主面２０ｂを構成していてもよい。第２の主面２０ｂの上には、金属を含むｎ側電極２１ｂが配されている。ｎ側電極２１ｂは、ｎ型表面と電気的に接続されている。
ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのうち一方の電極は、他方の電極より小さい面積を有する。小さい面積を有する一方の電極は、透光性部材１５と対向するように配される。透光性部材１５側に配される電極の面積を小さくすることで、光電変換部２０に入射する光の光量を増加させることができる。
ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのうち少なくとも一方の電極は、導電性ペーストにより形成される導電層を含む。透光性導電膜の表面上に導電性ペーストを用いて電極を形成する場合、透光性導電膜の変質を抑制できるよう、樹脂型の導電性ペーストを用いることができる。透光性導電膜はキャリアの収集に優れるので、透光性導電膜を用いた太陽電池は改善された光電変換特性を有する。なお、他方の電極は、導電性ペーストにより形成されるものであってもよいし、蒸着法やスパッタ法等のＰＶＤ法により形成されるものであってもよい。
本実施形態では、電極２１ａ、２１ｂのそれぞれは、複数のフィンガー部２２ａ、２２ｂと、複数のバスバー部２３ａ、２３ｂとを備えている。このように複数のフィンガー部及びバスバー部を備える電極は、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法で形成される。導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法は工業的に優れている。なお、耐候性部材１４側の電極は、光電変換部の主面の略全面を覆うように設けられたものであってもよい。
複数のフィンガー部２２ａ、２２ｂのそれぞれは、ｘ方向に垂直な方向ｙに相互に平行に延びている。複数のフィンガー部２２ａ、２２ｂは、ｙ方向に垂直なｘ方向に沿って所定間隔を隔てて相互に平行に配列されている。複数のフィンガー部２２ａ、２２ｂは、バスバー部２３ａ、２３ｂに電気的に接続されている。バスバー部２３ａ、２３ｂは、方向ｘに沿って形成されている。
複数のフィンガー部２２ａ、２２ｂのうち、透光性部材１５側に配される一方のフィンガー部は、他方のフィンガー部より少ない本数にされる。これによって、透光性部材１５側に配される電極の面積が小さくされている。
本実施形態では、ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのそれぞれにおけるＮａの含有量は、２０ｐｐｍ以下である。ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのそれぞれにおけるＮａの含有量は、１０ｐｐｍ未満であることが好ましい。
電極におけるＮａの含有量は、以下の要領で測定することができる。まず、太陽電池の電極を、カッターナイフ等を用いて削り出す。次に、削り出された試料０．２５ｇを、硝酸と過酸化水素水を重量比で９：１の割合で混合した１０ｍＬの溶液の中に投入し、マイクロウェーブ湿式分解装置を用いて溶液に試料を溶解させる。次に、その溶液を、体積が５０ｍＬとなるまで水を加えて希釈し、測定用サンプルを得る。そして、その測定用サンプルをＩＣＰ発光分光分析することにより、Ｎａ量を検出する。そして、検出されたＮａ量を０．２５ｇで除算することにより、電極におけるＮａの含有量を算出することができる。
測定用サンプルのＩＣＰ発光分光分析は、セイコーインスツルメンツ社製 ＳＰＳ４０００型装置を用い、測定波長を５８８．９９５ｎｍとして行うことができる。
ｘ方向において隣り合う太陽電池１０の一方の太陽電池のｐ側電極２１ａと、他方の太陽電池のｎ側電極２１ｂとは、配線材１１によって電気的に接続されている。
配線材１１は、導電性を有するものである限りにおいて特に限定されない。配線材１１は、例えば、配線材本体と、配線材本体を覆う被覆層とにより構成することができる。配線材本体は、例えば、Ｃｕ等の低抵抗の金属により形成することができる。被覆層は、例えば、Ａｇなどの金属や、半田あるいは合金により形成することができる。
配線材１１と太陽電池１０とは、半田或いは樹脂接着剤を用いて接着されている。すなわち、配線材１１と太陽電池１０とは、半田或いは樹脂接着剤の硬化物からなる接着剤層１２により接着されている。
樹脂接着剤としては、熱硬化性の樹脂が好ましく用いられる。熱硬化性の樹脂としては、例えば、エポシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられる。これら熱硬化性の樹脂は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂接着剤は、導電性を有するものであってもよいし、絶縁性を有するものであっても良い。樹脂接着剤が導電性を有する場合、樹脂接着剤は、例えば、導電材を含む異方導電性の樹脂接着剤であってもよい。導電材の具体例としては、例えば、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、錫、金などの金属や、これらの金属のうちの一種以上を含む合金からなる粒子、もしくは金属コーティング処理または合金コーティング処理などの導電性コーティング処理が施された絶縁性粒子等が挙げられる。
樹脂接着剤が、導電材を含まず、絶縁性を有する場合は、配線材１１と太陽電池１０の電極とが直接接触した状態で樹脂接着剤を用いて接着することにより、配線材１１と太陽電池１０との電気的接続を図ることができる。
（太陽電池モジュール１の製造方法）
次に、太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。まず、光電変換部２０を用意する。この光電変換部２０の第１の主面２０ａ及び第２の主面２０ｂの上に、銀粒子等の導電性粒子を含む導電性ペーストをスクリーン印刷法を用いて所定のパターンに塗布し、硬化或いは焼成することにより、ｐ側電極２１ａとｎ側電極２１ｂとを形成する。これにより、太陽電池１０を完成させる。
次に、太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。まず、光電変換部２０を用意する。この光電変換部２０の第１の主面２０ａ及び第２の主面２０ｂの上に、銀粒子等の導電性粒子を含む導電性ペーストをスクリーン印刷法を用いて所定のパターンに塗布し、硬化或いは焼成することにより、ｐ側電極２１ａとｎ側電極２１ｂとを形成する。これにより、太陽電池１０を完成させる。
次に、複数の太陽電池１０を、配線材１１を用いて電気的に接続していく。これにより、太陽電池ストリング２を作製する。その後、透光性部材１５及び耐候性部材１４の間において、少なくとも一つの太陽電池ストリング２を、充填材層１３を用いて封止する。具体的には、例えば、透光性部材１５の上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置する。樹脂シートの上に、太陽電池ストリング２を配置する。その上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置し、さらにその上に、耐候性部材１４を載置する。これらを、減圧雰囲気中において、加熱圧着してラミネートすることにより太陽電池パネルを製造する。そして、必要に応じて耐候性部材１４の表面に端子ボックスを取り付け、パネルの周縁部に枠体を取り付けることにより太陽電池モジュール１を完成させることができる。
ところで、耐候性部材１４の絶縁性を向上するために、金属膜を含まない樹脂シートにより耐候性部材１４を構成した場合、耐候性部材１４の水蒸気透過率が高くなる。このため、耐候性部材１４を経由して充填材層１３に水分が侵入しやすくなる。よって、充填材層１３の含水率が高くなる。充填材層１３中の含水率が高くなると、ｐ側電極やｎ側電極に含まれるＮａが充填材層１３に拡散しやすくなる。充填材層１３にＮａが拡散すると、充填材層１３におけるＮａ濃度が高くなる。その結果、充填材層１３に含まれるＮａにより半導体部材を含む光電変換部２０が劣化し、太陽電池の特性が劣化してしまう。
ここで、本実施形態では、ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのそれぞれにおけるＮａの含有量は、２０ｐｐｍ以下である。このため、充填材層１３中に水分が存在した場合であっても、充填材層１３におけるＮａ濃度が高くなりにくい。よって、光電変換部２０が劣化しにくい。従って、太陽電池１０の特性が劣化し難い。すなわち、本実施形態の太陽電池モジュール１は、改善された耐候性を有する。
より改善された耐候性を実現する観点からは、ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのそれぞれにおけるＮａの含有量が１０ｐｐｍ未満であることが好ましい。
特に、導電性ペーストを用いてｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂの少なくとも一方の電極を形成した太陽電池において、ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのそれぞれにおけるＮａの含有量を２０ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満とすると、量産性に優れ、改善された耐候性を有する太陽電池ならびに太陽電池モジュールを提供することができる。
また、透光性導電膜の表面上に導電性ペーストを用いてｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂの少なくとも一方の電極を形成した太陽電池において、ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのそれぞれにおけるＮａの含有量を２０ｐｐｍ未満、好ましくは１０ｐｐｍ未満とすると、量産性に優れ、改善された光電変換特性および耐候性を有する太陽電池ならびに太陽電池モジュールを提供することができる。
ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂのそれぞれにおけるＮａの含有量を規制することにより耐候性を改善できるという効果は、透光性部材１５、耐候性部材１４や充填材層１３の構成材料の如何に関わらず得られる効果であるが、本実施形態のように耐候性部材１４の少なくとも一方が金属膜を含まない樹脂シートにより構成されており、水蒸気透過率が０．０１ｇ／ｍ2・ｄａｙ以上と高い場合や、充填材層１３が、エチレン・酢酸ビニル共重合体などの水分を含みやすい材料からなる場合に、上記効果は特に強く奏される。
本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。例えば、図４に示すように、太陽電池１０は、第２の主面２０ｂ側にｐ型表面２０ｂ１とｎ型表面２０ｂ２とを有し、ｐ側電極２１ａ及びｎ側電極２１ｂが第２の主面側２０ｂに接合され、第１の主面２０ａ上には電極を有さない裏面接合型の太陽電池であってもよい。
ｐ側電極及びｎ側電極のそれぞれは、複数のフィンガー部のみを有する所謂バスバーレスの電極であってもよい。ｐ側電極及びｎ側電極の一方の電極は、光電変換部２０の一方の主面の実質的に全体の上に配された面状電極部を有するものであってもよい。
太陽電池モジュールは、ひとつの太陽電池のみを有するものであってもよい。
耐候性部材及び透光性部材の両方が金属を含まない樹脂シートにより構成されており、水蒸気透過率が０．０１ｇ／ｍ2・ｄａｙ以上であってもよい。
以上のように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。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。
（実施例及び比較例）
実施例では、ｐ側電極及びｎ側電極が樹脂型の導電性ペーストにより形成され、ｐ側電極及びｎ側電極それぞれにおけるＮａの含有量が１８ｐｐｍである太陽電池を用意した。
実施例では、ｐ側電極及びｎ側電極が樹脂型の導電性ペーストにより形成され、ｐ側電極及びｎ側電極それぞれにおけるＮａの含有量が１８ｐｐｍである太陽電池を用意した。
一方、比較例では、ｐ側電極及びｎ側電極が樹脂型の導電性ペーストにより形成され、ｐ側電極及びｎ側電極それぞれにおけるＮａの含有量が７２ｐｐｍである太陽電池を用意した。
（耐湿性評価）
実施例及び比較例に係る太陽電池を８５℃で湿度８５％ＲＨの雰囲気に保持した際の開放電圧（Ｖｏｃ）と曲線因子（Ｆ．Ｆ．）とを測定した。保持前（保持時間＝０時間）の開放電圧（Ｖｏｃ）を１としたときの開放電圧（Ｖｏｃ）の測定結果を図５に示す。保持前（保持時間＝０時間）の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）を１としたときの曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の測定結果を図６に示す。
実施例及び比較例に係る太陽電池を８５℃で湿度８５％ＲＨの雰囲気に保持した際の開放電圧（Ｖｏｃ）と曲線因子（Ｆ．Ｆ．）とを測定した。保持前（保持時間＝０時間）の開放電圧（Ｖｏｃ）を１としたときの開放電圧（Ｖｏｃ）の測定結果を図５に示す。保持前（保持時間＝０時間）の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）を１としたときの曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の測定結果を図６に示す。
図５及び図６に示すように、ｐ側電極及びｎ側電極におけるＮａの含有量が１８ｐｐｍである実施例の太陽電池の方が、ｐ側電極及びｎ側電極におけるＮａの含有量が７２ｐｐｍである比較例の太陽電池よりも耐湿性に優れていることが分かる。
１…太陽電池モジュール
２…太陽電池ストリング
１０…太陽電池
１１…配線材
１２…接着剤層
１３…充填材層
１４…耐候性部材
１５…透光性部材
２０…光電変換部
２０ａ…第１の主面
２０ｂ１…ｐ型表面
２０ｂ２…ｎ型表面
２０ｂ…第２の主面
２１ａ…ｐ側電極
２１ｂ…ｎ側電極
２２ａ、２２ｂ…フィンガー部
２３ａ、２３ｂ…バスバー部
２…太陽電池ストリング
１０…太陽電池
１１…配線材
１２…接着剤層
１３…充填材層
１４…耐候性部材
１５…透光性部材
２０…光電変換部
２０ａ…第１の主面
２０ｂ１…ｐ型表面
２０ｂ２…ｎ型表面
２０ｂ…第２の主面
２１ａ…ｐ側電極
２１ｂ…ｎ側電極
２２ａ、２２ｂ…フィンガー部
２３ａ、２３ｂ…バスバー部
Claims (11)
- ｎ型表面及びｐ型表面を有する光電変換部と、
前記ｎ型表面に電気的に接続されたｎ側電極と、
前記ｐ型表面に電気的に接続されたｐ側電極と、
を備え、
前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のそれぞれにおけるＮａの含有量が２０ｐｐｍ以下である、太陽電池。 - 前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のそれぞれにおけるＮａの含有量が１０ｐｐｍ未満である、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のうち少なくとも一方の電極は、導電性ペーストにより形成されたフィンガー部を有する、請求項１または２に記載の太陽電池。
- 前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のうち少なくとも一方の電極は、透光性導電膜の表面上に導電性ペーストにより形成されたフィンガー部を有する、請求項１または２に記載の太陽電池。
- 第１の保護部材と、
第２の保護部材と、
前記第１の保護部材と前記第２の保護部材との間に充填された充填材層と、
前記充填材層内に配された太陽電池と、
を備える太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池は、
ｎ型表面及びｐ型表面を有する光電変換部と、
前記ｎ型表面に電気的に接続されたｎ側電極と、
前記ｐ型表面に電気的に接続されたｐ側電極と、
を有し、
前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のそれぞれにおけるＮａの含有量が２０ｐｐｍ以下である、太陽電池モジュール。 - 前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のそれぞれにおけるＮａの含有量が１０ｐｐｍ未満である、請求項５に記載の太陽電池モジュール。
- 前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のうち少なくとも一方の電極は、導電性ペーストにより形成されたフィンガー部を有する、請求項５または６に記載の太陽電池モジュール。
- 前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極のうち少なくとも一方の電極は、透光性導電膜の表面上に導電性ペーストにより形成されたフィンガー部を有する、請求項５または６に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第１及び第２の保護部材のうちの少なくとも一方が金属膜を含まない樹脂シートにより構成されている。請求項５〜８のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第１及び第２の保護部材のうちの少なくとも一方の水蒸気透過率が０．０１ｇ／ｍ2・ｄａｙ以上である、請求項５〜９のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記充填材層は、エチレン、酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくとも一つの樹脂を含む、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
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