JPWO2013080324A1 - 光起電力モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

光起電力モジュール（１０）は、受光面側の電極と裏面側の電極（２６）とを有する光起電力素子（１４）と、樹脂を含む接着層（５０），（５２）を介して光起電力素子（１４）に接続する接続部材であって、裏面側の電極（２６）に向かい合う幅が裏面側の電極（２６）の幅よりも狭く、裏面側の電極（２６）に向かい合う面において凹凸（４０）を有し、隣接して配置される一方側の光起電力素子と他方側の光起電力素子（１４）とを相互に接続する接続部材とを備える。裏面側の電極（２６）は、光起電力素子（１４）の裏面の略全体を覆う電極である。

Description

本発明は、隣接する光起電力素子を接続部材で接続した光起電力モジュール及びその製造方法に関する。

太陽光を受けて発電する光起電力素子は、太陽光を受けて起電力を発生する光起電力部から電力を取り出すために、主面と呼ばれる表面に集電用の電極が設けられる。複数の光起電力素子を相互に接続して光起電力モジュールとするには、隣接する光起電力素子それぞれの電極を互いに接続部材で接続することが行われる。

例えば、特許文献１には、従来技術の太陽電池セルでは、表面にバスバーと呼ばれる集電極が設けられ、これにタブと呼ばれる導電材が半田付けされることが述べられている。そして、バスバーとタブの半田付けでは、セル割れや電極剥がれが生じるおそれがあることを指摘している。そこで、主面上に一方向に沿って延びると共に互いに平行に配列された複数のフィンガーを有し、一方でタブの表面に半田等の軟導電体層を設け、フィンガーに接着剤を介してタブを押し付け、接着剤を流動排出させながらフィンガーを軟導電体層に埋没させる製法を述べている。

なお、特許文献１の第４実施形態には、フィンガーの高さを２種類にすること、このときに、２種類のフィンガーの高さの差が、軟導電体層の厚みよりも小さいことが述べられている。

特開２０１１−１８１９６３号公報

樹脂等の接着剤を用いて光起電力素子の電極と接続部材とを機械的にかつ電気的に接続するには、光起電力素子の電極と接続部材との間の接着剤を適切に流動排出する必要がある。それには、光起電力素子と接続部材を圧接すればよい。その場合、接続部材が光起電力素子の電極に向かいあう面積が広すぎると、接着剤がうまく流動排出されないことが生じ得る。特に、光起電力素子の裏面側の電極を広い面積とすると、接続部材との間で接着剤がうまく流動排出されない可能性がある。

接着剤がうまく流動排出されないと、光起電力素子の電極と接続部材との間の電気的接続が不十分となり、光起電力モジュールの性能が低下する恐れがある。

本発明に係る光起電力モジュールは、受光面側の電極と裏面側の電極とを有する光起電力素子と、裏面側の電極に接続された接続部材と、を備え、接続部材は、裏面側の電極に向かい合う部分の幅が裏面側の電極の幅よりも狭く、裏面側の電極に向かい合う面に凹凸を有する。

上記構成によれば、光起電力素子の裏面に向かい合う面に凹凸を有する接続部材を用いる。光起電力素子に対して接着剤を介して接続部材を圧接するとき、この凹凸の凸部によって、光起電力素子の裏面側の電極と接続部材との間の接着剤を適切に流動排出することができる。

本発明に係る実施の形態の光起電力モジュールの構造を示す図である。 図１のＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿った断面を拡大して示す図である。 本発明に係る実施の形態の光起電力モジュールにおいて、接続部材の他の例を示す図である。 本発明に係る実施の形態の光起電力モジュールにおいて、電極表面が凹凸構造を有する場合の接続部材を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、光起電力素子の受光面側の電極は、バスバーとフィンガーとを有するものとして述べるが、フィンガーのみを有するものであってもよい。以下では、光起電力素子の平面形状として、正方形の形状を有するものを述べるが、直方形、円形等の他の平面形状であってもよい。

以下で述べる形状、寸法、電極の数、材質等は、説明のための例示であって、光起電力素子の仕様に応じて、適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、光起電力モジュール１０の構成を示す図である。光起電力モジュール１０は、複数の光起電力素子を接続部材３０で相互に接続して、所望の電力を得るものである。図１では、接続部材３０で接続される複数の光起電力素子の中で、隣接する２つの光起電力素子１２，１４が示されている。図１（ａ）は、平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ｃ）は、裏面図である。これらの図で、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向をそれぞれ示した。Ｘ方向は、接続部材３０が延伸する方向、Ｚ方向は光起電力素子１２，１４の厚さ方向、Ｙ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向である。なお、各図において、紙面に垂直な方向は、その向かう方向を矢印で示すとして、矢印の根元側を×マークで、矢印の先端側を黒丸で示した。

光起電力素子１２，１４は、略正方形の平面形状を有し、主面と呼ばれる表面に集電用の電極が設けられる。ここでは、受光面側の電極２０と、裏面側の電極２６が設けられる。光起電力素子１２，１４は、受光面側からの光を受けて発電し、発生した電力を受光面側の電極２０と裏面側の電極２６で取り出す。電極２０は、光起電力素子１２，１４が受光可能なように、受光面上に部分的に設けられる。電極２６は、光起電力素子１２，１４の裏面の略全面上に設けられる。電極２６は、光起電力素子１２，１４を透過した光を光起電力素子１２，１４の側に反射させる反射層でもある。したがって、光起電力素子１２，１４は、主に受光面側から入射する光で発電する片面型の太陽電池である。

受光面側の電極２０は、相対的に幅が広く、直線的に延びる２本のバスバー２２と、バスバー２２に接続される複数のフィンガー２４で構成される。フィンガー２４は、バスバー２２が延伸する方向と交差する方向に延びるように設けられ、互いに並列に配置される複数の電極である。フィンガー２４の幅寸法は、バスバー２２の幅寸法よりも狭く設定される。その代り、フィンガー２４は、受光面の全面において、ほぼ均一の配線密度でバスバー２２よりも多数設けられる。したがって、光起電力素子１２，１４によって発電された電力は、フィンガー２４によって、受光面のどの箇所からも万遍なくほぼ均一に取り出され、バスバー２２に集められる。

バスバー２２、フィンガー２４は、それぞれ、導電性ペーストを所定のパターンとなるようにスクリーン印刷し、硬化あるいは焼成させることで形成することができる。バスバー２２、フィンガー２４は、それぞれ、メッキ法、蒸着法、あるいはスパッタ法等、他の方法で形成してもよい。主面からの高さは、バスバー２２の方を若干高くすることが好ましい。導電層の上に、半田層等の他の導電層を設けるものとしてもよい。

裏面側の電極２６は、光起電力素子１２，１４の裏面の略全体を覆う電極である。略全体を覆うとは、例えば、略正方形の平面形状の光起電力素子１２，１４の場合、光起電力素子１２，１４の平面寸法から周辺の余裕寸法をとった略正方形の形状で裏面側の電極２６の平面形状が設定されることである。余裕寸法をとることで、電極２６を介した不所望のリークの発生等の不具合を抑制することができる。

裏面側の電極２６も、導電ペーストを略正方形のパターンとなるようにスクリーン印刷し、硬化あるいは焼成させることで形成することができる。あるいは、光起電力素子１２，１４の裏面の周辺部分をマスクで覆って、スパッタ法あるいは蒸着法によって形成してもよい。また、導電層の上に、半田層等の他の導電層を設けるものとしてもよい。

接続部材３０は、隣接して配置される一方側の光起電力素子１２と他方側の光起電力素子１４とを相互に接続する導電性部材である。接続部材３０と光起電力素子１２，１４との間の接続の詳細については後述する。接続部材３０は、光起電力素子１２，１４の裏面側の電極２６に接続される裏面側接続部分３２と、受光面側のバスバー２２に接続される受光面側接続部分３４で構成される。図１の例では、隣接する光起電力素子１２，１４を相互に接続するために２本の接続部材３０が用いられているが、これは例示である。光起電力モジュール１０の仕様に応じ、接続部材３０の本数は任意に設定できる。例えば、１本でもよく、３本以上であってもよい。

受光面側接続部分３４は、バスバー２２の幅寸法（延伸する方向に直交する方向の寸法）よりも、大きな幅寸法を有する。

裏面側接続部分３２は、裏面側の電極２６に対してその一部を覆う幅寸法を有する。したがって、裏面側接続部分３２が裏面側の電極２６に向かい合う面積は、裏面側の電極２６の面積よりも狭く設定される。このように、接続部材３０が電極に向かい合う面積と、接続される電極の面積との間の大小関係は、受光面側接続部分３４と裏面側接続部分３２とでは相違する。

裏面側接続部分３２において、裏面側の電極２６に向かい合う部分の幅寸法は、受光面側接続部分３４において、受光面側のバスバー２２に向かい合う部分の幅寸法よりも大きく設定される。すなわち、裏面側接続部分３２において、裏面側の電極２６に向かい合う部分の面積は、受光面側接続部分３４において、受光面側のバスバー２２に向かい合う部分の面積よりも広い面積である。これにより、光起電力素子１２，１４の裏面全体を覆う裏面側の電極２６の広い範囲から、裏面側接続部分３２に電力を集めて取り出すことができる。

裏面側接続部分３２の裏面側の電極２６に向かい合う面には、凹凸４０が設けられる。凹凸４０は、裏面側接続部分３２に突起を設けることで形成される。突起部分が凹凸４０の凸部で、突起部分が設けられない部分が凹凸４０の凹部である。この凹凸４０は、接続部材３０と光起電力素子１２，１４との間の接続を良好にするために設けられる。図１では、凹凸４０として、接続部材３０の延伸方向に平行な突起が設けられている。かかる凹凸４０は、接続部材３０をプレス加工、部分エッチング加工、あるいは平板状の薄板の上に、凸部となる薄板を接着する等の方法で一体化して得ることができる。

かかる光起電力モジュール１０の製造方法としては、光起電力素子１２，１４の裏面側の電極２６に接続する接続工程を備える。この接続工程は、少なくとも一方の面に凹凸を有する接続部材３０を用意する工程と、裏面側の電極２６の上に、接着剤を介して凹凸を裏面側の電極２６の方に向けて接続部材３０を配置する工程と、接着剤を凹凸の凸部と裏面側の電極２６との間から流動排出させながら接続部材３０と裏面側の電極２６とを圧接する工程とを含む。ここで、接続部材３０と光起電力素子１２，１４との間の接続について、図２を用いて説明する。

図２は、図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面の一部拡大図と、図１におけるＣ−Ｃ線に沿った断面の一部拡大図とを対比させて示す図である。Ｂ−Ｂ線に沿った断面図はＹＺ平面に平行な面で、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図はＸＺ平面に沿った断面図である。

接続部材３０は、光起電力素子１４に、樹脂を含む接着層で接着されている。具体的には、光起電力素子１４の裏面側の電極２６と接続部材３０の裏面側接続部分３２とのあいだには、樹脂を含む接着層５０が配されている。接着層５０に含まれる樹脂によって、裏面側の電極２６と接続部材３０の裏面側接続部分３２とが接着されている。また、光起電力素子１４の受光面側の電極２０（バスバー２２）と別の接続部材３０の受光面側接続部分３４との間には、樹脂を含む別の接着層５２が配されている。接着層５２に含まれる樹脂によって、受光面側の電極２０（バスバー２２）と受光面側接続部分３４とが接着されている。

接着層５０，５２を形成するための接着剤としては、２００℃以下の温度で接着できる樹脂を主成分としたものを用いることができる。かかる接着剤としては、例えば、エポキシ系樹脂を主成分としたものの他に、アクリル系樹脂を主成分としたもの、ウレタン系樹脂を主成分としたもの等を用いることができる。

接着層５０，５２を形成するための接着剤として、異方性導電性を有する樹脂型の接着剤、あるいは絶縁性の接着剤を公的に用いることができる。これらの接着剤は樹脂成分を多く含むので、接着力を強めることができるからである。

接着層５０を形成するための接着剤と、接着層５２を形成するための接着剤とは、同じでもよいし、異なっていてもよい。また、フィルム状の接着剤を用いてもよいし、ペースト状の接着剤を用いてもよい。

接着層５０，５２を形成するための接着剤は、樹脂成分を多く含むので、適切に、接着剤を接続部材３０とバスバー２２の間および接続部材３０と裏面側の電極２６の間から流動排出させることが好ましい。適切に、とは、機械的接続を確保しつつ、接続部材３０とバスバー２２あるいは接続部材３０と裏面側の電極２６とを電気的に接続するという意味である。例えば、光起電力素子１４について述べると、接続部材３０の受光面側接続部分３４と、裏面側接続部分３２との間に、光起電力素子１４が挟まれた状態で、適切な圧力で、両側から圧接する。そして、適切な温度処理を行うことで、接着が行われる。適切な圧力、適切な温度処理は、電気的接続と機械的接続の双方が所定の条件を満たすように設定される。

受光面側接続部分３４とバスバー２２との間では、受光面側接続部分３４のバスバー２２と向かい合う部分とバスバー２２との間から接着剤が適切に流動排出され、適切な温度処理によって接着層５２が形成される。流動排出されることで受光面側接続部分３４とバスバー２２との間の電気的接続が確保される。流動排出された接着剤は、受光面側接続部分３４のバスバー２２と向かい合う部分の幅がバスバー２２の幅よりも大きいことから、その差の部分が機械的接着に用いられる。このようにして、受光面側接続部分３４とバスバー２２との間において、機械的接続と共に、電気的接続が行われる。

裏面側接続部分３２と裏面側の電極２６との間では、裏面側接続部分３２に凹凸４０が設けられることから、裏面側接続部分３２の裏面側の電極２６と向かい合う部分と、この凹凸４０の凸部の間から接着剤が適切に流動排出され、接着層５０となる。流動排出されることで、裏面側接続部分３２と裏面側の電極２６との間の電気的接続が確保される。流動排出された接着剤は、凹凸４０の凹部に流れこむので、凹部に形成された接着層５０が主に機械的接着に用いられる。このようにして、裏面側接続部分３２と裏面側の電極２６との間において、機械的接続と共に電気的接続が行われる。

図３は、接続部材３０の受光面側接続部分３４と、裏面側接続部分３２とを別部材として、カシメパッド等の適切な接続手段６０で一体化する構造を示す図である。

また、図３には、離散的に配置される凹凸４２の例が示されている。図１、図２では、凹凸４０は、延伸する突起であったが、凹凸４２は、互いに離間して配置される突起で形成される。凹凸４２の形状は、台形状の断面形状の突起であってもよく、半球状の断面形状の突起、鋸歯状の断面形状の突起であってもよい。鋸歯状の断面形状の突起の場合の配置は、接続部材３０の延伸方向に鋸歯状の形状が繰り返すものとしてもよい。また、凹凸４２の離散的配置は、２次元的配置としてもよい。

図３で説明した接続手段６０を用いる構造、離散的配置の凹凸４２を用いる構造は、いずれか１つを図１、図２の構成において置き換えてよい。

図４は、裏面側の電極２６が、接続部材３０の裏面側接続部分３２に向かい合う面に、光起電力素子１４の裏面に形成されたテキスチャ構造に対応する凹凸構造２８を有する場合に、凹凸構造の凹凸の高さｈと、裏面側接続部分３２の凹凸４０の高さＨとの関係を示す図である。図４に示されるように、裏面側接続部分３２の凹凸４０の高さＨは、裏面側の電極２６の凹凸構造２８の凹凸の高さｈよりも高く設定される。これによって、裏面側接続部分３２の凹凸４０の凸部によって、裏面側接続部分３２と裏面側の電極２６の凹凸構造２８の間において、接着剤が適切に流動排出され、凹凸４０の凹部に流れ込む。

本発明に係る光起電力モジュールは、自給電力源として利用できる。

１０ 光起電力モジュール、１２，１４ 光起電力素子、２０ 受光面側の電極、２２ バスバー、２４ フィンガー、２６ 裏面側の電極、２８ 凹凸構造、３０ 接続部材、３２ 裏面側接続部分、３４ 受光面側接続部分、４０，４２ 凹凸、５０，５２ 接着層、６０ 接続手段。

Claims (8)

1. 受光面側の電極と裏面側の電極とを有する光起電力素子と、
   前記裏面側の電極に接続された接続部材と、
   を備え、
   前記接続部材は、
   前記裏面側の電極に向かい合う部分の幅が前記裏面側の電極の幅よりも狭く、前記裏面側の電極に向かい合う面に凹凸を有する光起電力モジュール。
2. 請求項１に記載の光起電力モジュールにおいて、
   前記接続部材と前記裏面側の電極との間に接着層を有し、
   前記接着層は樹脂を含む。
3. 請求項１または２に記載の光起電力モジュールにおいて、
   前記裏面側の電極は、前記光起電力素子の裏面の略全体を覆う。
4. 請求項３に記載の光起電力モジュールにおいて、
   前記裏面側の電極は、反射層である。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光起電力モジュールにおいて、
   前記光起電力素子の前記受光面側の電極に接続された別の接続部材を備え、
   前記接続部材が前記裏面側の電極に向かい合う部分の幅は、前記別の接続部材が前記受光面側の電極に向かい合う幅よりも広い。
6. 請求項５に記載の光起電力モジュールにおいて、
   前記別の接続部材と前記裏面側の電極との間に別の接着層を有し、
   前記別の接着層は樹脂を含む。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の光起電力モジュールにおいて、
   前記裏面側の電極は、前記接続部材に向かい合う面に凹凸構造を有し、
   前記接続部材の前記凹凸の高さは、前記裏面側の電極の凹凸構造の凹凸高さよりも高い。
8. 光起電力素子の裏面側の電極に接続する接続工程を備え、
   前記接続工程は、
   少なくとも一方の面に凹凸を有する前記接続部材を用意する工程と、
   前記裏面側の電極の上に、接着剤を介して前記凹凸を前記裏面側の電極の方に向けて前記接続部材を配置する工程と、
   前記接着剤を前記凹凸の凸部と前記裏面側の電極との間から流動排出させながら前記接続部材と前記裏面側の電極とを圧接する工程と、
   を含む光起電力モジュールの製造方法。

Images