JPWO2013094052A1 - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、実施形態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、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
太陽電池モジュール10は、複数の太陽電池11と、太陽電池11の受光面側に配置される第1保護部材12と、太陽電池11の裏面側に配置される第2保護部材13とを備える。複数の太陽電池11は、第1保護部材12と第2保護部材13とにより挟持されると共に、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)等の樹脂からなる充填剤14の層中に封止されている。
図2は、太陽電池11を受光面側から見た平面図である。図3は、図2のA‐A線断面図であって、フィンガー31が延びる方向に沿って太陽電池11を厚み方向に切断した断面を示す。図4は、図3のB部拡大図において、配線材15の接続形態を示す。
σ=E・ε(σ:応力,E:ヤング率,ε:歪み)
フィンガー31,41を構成するバインダ樹脂は、熱硬化性樹脂を90超過〜100重量%含有することが好適である。上記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、アクリル系樹脂、イミド系樹脂、及びフェノール系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を用いることができる。これらのうち、エポキシ系樹脂、及びウレタン系樹脂が好ましく、エポキシ系樹脂を主成分(50重量%以上)とすることが特に好ましい。また、エポキシ系樹脂等に、少量のシリコーン系樹脂等を加えてもよい。尚、上記熱硬化性樹脂は、複数のグループに分類されるもの(例えば、エポキシ系樹脂及びウレタン系樹脂の両方に分類できる樹脂)であってもよい。
低分子ジオールには、例えば、炭素数2〜15の脂肪族二価アルコール、炭素数5〜15の脂環式二価アルコール、炭素数6〜15の芳香族二価アルコール等を用いることができる。これらのうち、二価アルコール及び二価フェノールが好ましく、エチレングリコール、ハイドロキノン、及びビスフェノールAが特に好ましい。
ジイソシアネートには、例えば、炭素数6〜20の芳香族ジイソシアネート、炭素数2〜18の脂肪族ジイソシアネート、炭素数4〜15の脂環式ジイソシアネート、炭素数8〜15の芳香脂肪族ジイソシアネート等を用いることができる。これらのうち、芳香族ジイソシアネート、及び脂肪族ジイソシアネートが好ましく、TDI(トリレンジイソシアネート)、MDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)、及びHDI(ヘキサメチレンジイソシアネート)が特に好ましい。
高分子ジオールには、低分子ジオールのアルキレンオキサイド付加物等の重量平均分子量が500〜10000のポリエーテル、重量平均分子量が500〜10000のポリエステル、重量平均分子量が500〜10000のポリカーボネート等を用いることができる。これらのうち、二価アルコールのアルキレンオキサイド付加物、及び二価フェノールのアルキレンオキサイド付加物が好ましく、エチレングリコールのアルキレンオキサイド付加物、及びビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が特に好ましい。
但し、バスバー32,42における導電性フィラーの含有率を低くし過ぎると、配線材15へのキャリアの伝達に必要な導電性が損なわれる。そこで、バスバー32,42のバインダ樹脂に、室温以下でゴム弾性を有するゴム又は熱可塑性エラストマーを加えることによって、当該導電性を損なうことなく電極の柔軟性をさらに向上させることができる。
尚、ゴム又は熱可塑性エラストマーを増やしすぎるとバスバー32,42の機械的な強度が低下してしまい、配線材15からの応力によりバスバー32,42中にマイクロクラックが発生し、キャリアの収集を阻害する可能性がある。
以上のように、各電極の機能に合わせて、電極のヤング率を適切な範囲に制御することにより、良好な光電変換特性を有する太陽電池モジュール10を提供することができる。
例えば、図5に示されるように、フィンガー41の代わりに、銀等の金属薄膜41xを光電変換部20の裏面上に形成した構成とすることもできる。図5に例示する太陽電池11xにおいて、第2電極40xは、金属薄膜41xと、その上に形成されたバスバー42xとを含んで構成されている。金属薄膜41xは光電変換部20で生成されたキャリアを収集し、バスバー42xは金属薄膜41xで収集されたキャリアを集電する。バスバー42xは金属薄膜41x上の一部に形成されていれば良い。
或いは、第1電極30では、フィンガー31及びバスバー32のヤング率を変化させず、同一の導電性ペーストを用いて形成し、第2電極40のみにおいて、フィンガー31及びバスバー32のヤング率を変化させてもよい。
評価用の光電変換部を以下の手順で作製する。尚、光電変換部は、全ての実施例・比較例で同じものを用いる。
まず、水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いて(100)面を異方性エッチングし、受光面及び裏面にテクスチャ構造を形成した清浄なn型単結晶シリコン基板(以下、基板という)を準備する。続いて、当該基板を真空チャンバ内に設置し、CVDにより、当該基板の裏面上にi型非晶質シリコン膜、n型非晶質シリコン膜を順に形成する。i型非晶質シリコン膜の形成工程では、シランガス(SiH4)を原料ガスとする。また、n型非晶質シリコン膜の形成工程では、シラン(SiH4)、水素(H2)、及びホスフィン(PH3)を原料ガスとする。基板の受光面にも、CVDにより、i型非晶質シリコン膜、p型非晶質シリコン膜を順に形成する。p型非晶質シリコン膜の形成工程では、PH3の代わりに、ジボラン(B2H6)を原料ガスとする。
続いて、スパッタリングにより、n型非晶質シリコン膜上、及びp型非晶質シリコン膜上に、酸化インジウムを主成分とするTCO膜を形成する。こうして、TCO膜/i型非晶質シリコン膜/p型非晶質シリコン膜/基板/i型非晶質シリコン膜/n型非晶質シリコン膜/TCO膜の層構造を有する光電変換部を作製した。
受光面電極は、2本のバスバー、及びこれに直交する50本のフィンガーとし、いずれもスクリーン印刷により下記組成等を有する導電性ペーストを受光面上に印刷して形成する。まず、フィンガーを印刷し、次いでバスバーを印刷する。尚、各印刷工程において、スキージ角度、印圧等の印刷条件は同じとする。続いて、仮乾燥工程(150℃×15分)により転写された導電性ペーストの溶剤の一部を除去する。
裏面電極は、2本のバスバー、及びこれに直交する250本のフィンガーとする。スクリーン版の開口部のパターンが異なる以外は、受光面電極の場合と同様にして裏面電極を印刷する。
その後、本乾燥工程(200℃×60分)により転写された導電性ペーストの溶剤を除去し、バインダ樹脂を熱硬化させる。こうして、下記寸法等を有する受光面電極及び裏面電極を備える太陽電池を作製した。
<フィンガー用導電性ペースト>
[バインダ樹脂]ビスフェノールA型エポキシ樹脂
[導電性フィラー]銀粒子(粒径;1〜10μm、形状;フレーク粉及び球状粉の混合型(配合比は50:50wt%)
[配合比]溶剤:バインダ樹脂:導電性フィラー=1:9:90wt%
<バスバー用導電性ペースト>
[導電性フィラー]フィンガーの場合と同じ
[バインダ樹脂]
熱硬化性樹脂(60重量%);フィンガーの場合と同じ
エラストマーA(40重量%);シリコーンゴム(Tg;−120℃)
[配合比]溶剤:バインダ樹脂:導電性フィラー=1:19:80
<受光面電極>
[フィンガー]高さ;40μm、ヤング率;30GPa
[バスバー]高さ;50μm、ヤング率;0.05GPa
<裏面電極>
[フィンガー]高さ;30μm、ヤング率;30GPa
[バスバー]高さ;40μm、ヤング率;0.05GPa
配線材は、フィルム状接着剤(エポキシ樹脂系接着剤)を用いてバスバー上に接続する。まず、フィルム状接着剤をバスバー上に配置し、次いで当該接着剤上に配線材を配置する。配線材は、バスバー上の全域を覆い、フィンガーにかからないように配置する。そして、配線材上にヒートシールバーを取り付けて熱圧着することにより、配線材とバスバーとを接続する。
続いて、配線材を接続して得られた太陽電池のストリングをEVA(充填材)、ガラス基板(第1保護部材)、PETフィルム(第2保護部材)を用いてラミネートする。ラミネート装置では、ヒーター上にモジュール材料を重ね合わせた状態で置く。ヒーター側から、ガラス基板/EVAシート/ストリング/EVAシート/PETフィルムの順に配置して、真空状態で材料を150℃程度で加熱する。その後、大気圧下でヒーター側に材料を押し付けながら加熱を継続し、EVAを架橋させる。最後に、フレーム等を取り付ける。こうして、太陽電池モジュールを作製した。
バスバーを構成するバインダ樹脂の組成を表1に示すものに変更した以外は、実施例1と同様にして太陽電池の作製及び評価を行なった。
エラストマーB;ウレタンゴム(Tg;−30℃)
エラストマーC;オレフィンゴム(Tg;−55℃)
一方、比較例の太陽電池モジュールは、初期の出力特性が高いがその特性が劣化し易いもの(比較例1)、或いは初期の出力特性が低いもの(比較例2,3)であった。
また、エラストマーの含有量を10〜30重量%として、バスバーのヤング率(25℃)を0.1〜1GPaの範囲内に制御することにより、出力相関が99.5%以上であり、且つ温度サイクル試験によるPmaxの変化率が99.1%以上という、特に優れた特性が得られる。
Claims (9)
- 光電変換部と、
前記光電変換部の主面上に設けられた電極と、
を備え、
前記電極は、バインダ樹脂と導電性フィラーとを含んで構成されたバスバーを有し、
前記バスバーのヤング率(25℃)は、0.05〜1GPaである太陽電池。 - 請求項1に記載の太陽電池あって、
前記電極は、バインダ樹脂と導電性フィラーとを含んで構成されたフィンガーを有し、
前記フィンガーのヤング率(25℃)は、1超過〜50GPaである。 - 請求項2に記載の太陽電池あって、
前記フィンガー及び前記バスバーは、各々の前記バインダ樹脂の組成が互いに異なる。 - 請求項3に記載の太陽電池あって、
前記フィンガーを構成する前記バインダ樹脂は、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、アクリル系樹脂、イミド系樹脂、及びフェノール系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種である熱硬化性樹脂を90超過〜100重量%含有し、
前記バスバーを構成する前記バインダ樹脂は、前記熱硬化性樹脂を50〜90重量%、及びガラス転移温度が25℃以下であるゴム又は熱可塑性エラストマーを10〜50重量%含有する。 - 請求項4に記載の太陽電池あって、
前記ゴムは、ジエン系ゴム、オレフィン系ゴム、ウレタン系ゴム、アクリル系ゴム、含ケイ素ゴム、含ハロゲンゴム、及びこれらの変性物からなる群より選択される少なくとも1種である。 - 請求項4に記載の太陽電池あって、
前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アクリル系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、及びこれらの変性物からなる群より選択される少なくとも1種である。 - 請求項2〜6のいずれか1項に記載の太陽電池あって、
前記バスバーにおける前記導電性フィラーの含有率は、前記フィンガーにおける前記導電性フィラーの含有率よりも低い。 - 請求項2〜7のいずれか1項に記載の太陽電池あって、
前記バスバーの高さは、前記フィンガーの高さよりも高い。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の複数の太陽電池と、
前記バスバーに取り付けられた配線材と、
を備えた太陽電池モジュール。
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