JPWO2014002268A1 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
複数の太陽電池セル２０２と、複数の太陽電池セル２０２間を接続する接続部材２０４と、を備え、太陽電池セル２０２の受光面に接続部材２０４を接着する接着層２０６の面積は、太陽電池セル２０２の裏面に接続部材２０４を接着する接着層２０６の面積よりも大きい、太陽電池モジュールとする。
Description
本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。
太陽電池モジュール１００は、図１０に示すように、複数の太陽電池セル１０に設けられた集電極１２を互いに接続部材１４で接続した構成を有する。接続部材１４は、導電性粒子を分散させた導電性接着フィルムによって集電極１２と導通するように接着される（特許文献１参照）。
ところで、接続部材１４の圧着時には２００℃程度の加熱処理を伴うので、圧着後に太陽電池セル１０が冷えると接続部材１４の熱収縮に伴う収縮力が太陽電池セル１０の受光面及び裏面に加わることになる。
一方、太陽電池セル１０の裏面側は光の入射を考慮する必要がないため、受光面側に比べて集電極１２の設置面積が大きく設けられることが多く、接続部材１４と集電極１２との接着面積は受光面側に比べて裏面側が大きくなる。また、太陽電池セル１０の受光面及び裏面に掛かる収縮力は、接続部材１４と集電極１２との接着力、すなわち接着面積に依存する。そうすると、受光面側と裏面側において接続部材１４と集電極１２との接着剤量を同量とすると、接着面積が大きい裏面側において太陽電池セル１０に掛かる収縮力が強くなり、図１１に示すように、太陽電池セル１０に反りや割れが発生するおそれがある。
さらに、太陽電池セル１０の受光面及び裏面に設けられた集電極１２の設置面積の違い自体からも太陽電池セル１０に反りや割れが発生するおそれがある。すなわち、受光面と裏面とにおいて集電極１２の設置面積が大きい側により強い収縮力が働き、太陽電池セル１０に反りや割れが生ずる可能性がある。今後、太陽電池セル１０の薄型化が進むにつれて、この影響はより大きくなると考えられる。
本発明の１つの態様は、複数の太陽電池と、複数の太陽電池間を接続する接続部材と、を備え、太陽電池の受光面に接続部材を接着する接着層の面積は、太陽電池の裏面に接続部材を接着する接着層の面積よりも大きい、太陽電池モジュールである。
本発明の別の態様は、太陽電池の受光面に接着層を介して接続部材を接着する第１の工程と、太陽電池の受光面に接続部材を接着する接着層の面積が太陽電池の裏面に接続部材を接着する接着層の面積よりも大きくなるように、太陽電池の裏面に接着層を介して接続部材を接着する第２の工程と、を備える、太陽電池モジュールの製造方法である。
本発明によれば、太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの反りや割れの発生を抑制することができる。
本発明の実施の形態における太陽電池モジュール２００は、図１及び図２の平面図並びに図３の断面図に示すように、太陽電池セル２０２、接続部材２０４及び接着層２０６を含んで構成される。図１は、太陽電池モジュール２００を受光面からみた平面図であり、図２は、太陽電池モジュール２００を裏面側からみた平面図である。図３は、図１のラインＡ−Ａに沿った断面図である。
なお、「受光面」とは、太陽電池セル２０２の主面の一つであり、外部からの光が主に入射する面を意味する。例えば、太陽電池セル２０２に入射する光のうち５０％〜１００％が受光面側から入射する。「裏面」とは、太陽電池セル２０２の主面の一つであり、受光面と反対側の面を意味する。
太陽電池セル２０２は、太陽光等の光を受光することでキャリア（電子及び正孔）を生成する光電変換部２０ａと、光電変換部２０ａの受光面上に設けられた第１電極２０ｂと、光電変換部２０ａの裏面上に設けられた第２電極２０ｃとを備える。第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃは、図１及び図２に示すように、接続部材２０４の延設方向と交差するように櫛状に設けられたフィンガー及びそれを接続するバスバーを備える集電極である。フィンガーは、光電変換部２０ａから電力を集電する細線状の電極である。バスバーは、複数のフィンガーを接続する電極であり、接続部材２０４に被われるように所定の間隔をあけて互いに平行に配置される。フィンガー及びバスバーは、例えば、バインダー樹脂中に銀（Ａｇ）等の導電性フィラーが分散した導電性ペーストを透明導電層上に所望のパターンでスクリーン印刷して形成される。太陽電池セル２０２では、光電変換部２０ａで生成されたキャリアが第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃにより収集される。
太陽電池セル２０２では、裏面は受光面に比べて光の入射が少ないので、受光面の第１電極２０ｂに比べて裏面の第２電極２０ｃの面積が大きく設けられる。例えば、第１電極２０ｂでは第２電極２０ｃに比べてフィンガーの本数が多く設けられる。また、太陽電池セル２０２の裏面側からの光の入射がない場合、光電変換部２０ａの裏面の略全面上に銀（Ａｇ）薄膜等の金属膜を形成して第２電極２０ｃとしてもよい。
光電変換部２０ａは、例えば、結晶系シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）又はインジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料からなる基板を有する。光電変換部２０ａの構造は、特に限定されないが、本実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板と非晶質シリコンのヘテロ接合を有する構造であるとして説明する。光電変換部２０ａは、例えば、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上に、ｉ型非晶質シリコン層、ボロン（Ｂ）等がドープされたｐ型非晶質シリコン層、酸化インジウム等の透光性導電酸化物からなる透明導電層の順番で積層されている。また、基板の裏面上に、ｉ型非晶質シリコン層、リン（Ｐ）等がドープされたｎ型非晶質シリコン層、透明導電層の順番で積層されている。
太陽電池モジュール２００において隣り合う太陽電池セル２０２間は接続部材２０４によって接続される。接続部材２０４としては、例えば、銅等の金属箔を用いることができる。接続部材２０４は、太陽電池セル２０２の第１電極２０ｂと、隣り合う太陽電池セル２０２の第２電極２０ｃとを接続する。接続部材２０４は、例えば、一方の太陽電池セル２０２の第１電極２０ｂのバスバー及びフィンガーと他方の太陽電池セル２０２の第２電極２０ｃのバスバー及びフィンガーとに接着層２０６により接着される。
接着層２０６は、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等の接着性の熱硬化性樹脂材料に導電性粒子を分散させた導電性接着フィルムや導電性接着ペーストとすることができる。導電性接着フィルムは、太陽電池セル２０２の面内方向に導電性が高く、膜厚方向に導電性が低い異方導電性接着剤としてもよい。また、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等の接着性の熱硬化型樹脂材料に導電性粒子を含まない非導電性接着ペーストを用いてもよい。
接続部材２０４は、太陽電池セル２０２の厚さ分だけ段差が設けられた屈曲部を有する。屈曲部は、隣り合う太陽電池セル２０２が同一平面内に配置されるように第１電極２０ｂと第２電極２０ｃとを接続するために太陽電池セル２０２の厚さ分だけ構造的な逃げが形成されるように設けられる。
太陽電池モジュール２００は、太陽電池セル２０２の受光面及び裏面を保護するために保護部材（図示しない）で封止されてもよい。保護部材は、例えば、ガラス板、樹脂板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。なお、太陽電池セル２０２の受光面側に設けられる保護部材は、太陽電池セル２０２において光電変換に利用される波長帯域の光を透過する透明な部材とすることが好ましい。太陽電池セル２０２の裏面側からの光の入射がない場合、裏面側に設けられる保護部材は、不透明な板体やフィルムとしてもよい。この場合、保護部材としては、例えば、アルミ箔等を内部に有する樹脂フィルム等の積層フィルムを用いてもよい。保護部材は、充填材を用いて太陽電池セル２０２の受光面及び裏面にそれぞれ接着される。
本実施の形態における太陽電池モジュール２００では、接続部材２０４を接着するための接着層２０６の面積を受光面と裏面とで異ならせる。すなわち、受光面の第１電極２０ｂと裏面の第２電極２０ｃとの設置面積が小さい面の接着層２０６の面積をより大きくする。すなわち、受光面における第１電極２０ｂの設置面積を裏面における第２電極２０ｃの設置面積より小さくした場合、受光面の接続部材２０４の接着に用いられる接着層２０６の面積を裏面の接続部材２０４の接着に用いられる接着層２０６の面積より大きくする。
例えば、接続部材２０４を受光面側に接着する際には、図４にハッチングで示すように、接続部材２０４の全面に亘るように接着層２０６を塗布する。一方、接続部材２０４を裏面側に接着する際には、図５にハッチングで示すように、接着層２０６の塗布幅を狭くし、接続部材２０４の一部のみに接着層２０６を設けるとよい。
ここで、接着層２０６によって接着される接続部材２０４による受光面と裏面との収縮力がほぼ等しくなるように接着層２０６の面積を設定する。例えば、受光面における接続部材２０４と第１電極２０ｂとの接着面積と裏面における接続部材２０４と第２電極２０ｃとの接着面積とがほぼ等しくなるように接着層２０６の面積を設定することが好ましい。もちろん、接続部材２０４が太陽電池セル２０２から剥がれない程度の接着層２０６の面積にすることが好適である。
ここで、接着層の面積及び電極の設置面積とは、図１、図２、図４及び図５の平面図のように、太陽電池セル２０２を受光面又は裏面側から平面状にみたときの接着層及び電極が占有する面積をいう。
太陽電池セル２０２の受光面及び裏面に掛かる収縮力は、接続部材２０４と第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃとの接着力、すなわち接続部材２０４と第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃとの接着面積並びにその接着層の面積に依存する。本実施の形態では、接続部材２０４と第１電極２０ｂとの接着面積が第２電極２０ｃとの接着面積より小さく、一方で接続部材２０４と第１電極２０ｂとの接着層の面積が第２電極２０ｃとの接着層の面積より大きくされている。したがって、図６の太陽電池セル２０２の側面図に示すように、太陽電池セル２０２の受光面と裏面とに掛かる収縮力がより均等化され、太陽電池セル２０２の反りや割れを抑制することができる。
また、図７に示すように、接続部材２０４の一面に凹凸２０４ａを設けてもよい。このように接続部材２０４の一面に凹凸２０４ａを設けることにより、凹凸２０４ａに入射した光を乱反射させ、接続部材２０４の表面を覆うガラス部材等によりさらに反射させて、太陽電池セル２０２へ導入することができる。したがって、太陽電池モジュール２００における光の利用効率を高めることができる。なお、凹凸２０４ａは、受光面に向くように設けることがより好ましい。
このとき、接続部材２０４の一面に凹凸２０４ａを設けた場合であっても、接着層２０６によって接着される接続部材２０４による受光面と裏面との収縮力がほぼ等しくなるように接着層２０６の面積を設定するとよい。これによって、受光面と裏面とにおける接着による収縮力がバランスし、太陽電池セル２０２の反りや割れを抑制することができる。
また、太陽電池セル２０２の中央部と端部付近とでは収縮力が異なるので、接着層２０６の長手方向に沿って太陽電池セル２０２の単位面積当たりの接着層２０６の面積を異ならせてもよい。例えば、接続部材２０４の長手方向に沿っての接着層２０６の幅を異ならせる。図８の接続部材２０４の平面図に示すように、太陽電池セル２０２の中央部付近での接着層２０６の幅Ｗ１より狭い幅Ｗ２を有する領域を端部付近に設ければよい。このように接着層２０６の面積を調整することによって、太陽電池セル２０２に掛かる収縮力を細かく調整することができ、太陽電池セル２０２の受光面と裏面とに掛かる収縮力をより均等化することができる。したがって、太陽電池セル２０２の反りや割れを抑制する効果をより顕著とすることができる。
さらに、太陽電池セル２０２の受光面及び裏面に設けられた第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃの設置面積の違いから生ずる太陽電池セル２０２の反りや割れを緩和することもできる。例えば、受光面の第１電極２０ｂより裏面の第２電極２０ｃの設置面積が大きい場合、図９（ａ）に示すように、太陽電池セル２０２が受光面側に凸に反るおそれがある。しかしながら、接続部材２０４を接着する接着層２０６の面積を調整することによって、図９（ｂ）に示すように、積極的に太陽電池セル２０２の反りを解消させることができる。特に、太陽電池セル１０の薄型化が進むにつれて反りを解消できることによる効果は顕著となると考えられる。
以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュール２００によれば、太陽電池セル２０２の反りや割れ等の発生を抑制し、太陽電池モジュール２００の信頼性を向上させることができる。
１０ 太陽電池セル、１２ 集電極、１４ 接続部材、１４ａ 凹凸、２０ａ 光電変換部、２０ｂ 第１電極、２０ｃ 第２電極、２２ａ 屈曲部、１００，２００ 太陽電池モジュール、２０２ 太陽電池セル、２０４ 接続部材、２０６ 接着層。
Claims (6)
- 複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池間を接続する接続部材と、
を備え、
前記太陽電池の受光面に接続部材を接着する接着層の面積は、前記太陽電池の裏面に接続部材を接着する接着層の面積よりも大きい、太陽電池モジュール。 - 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池の受光面に設けられた集電極の設置面積は、前記太陽電池の裏面に設けられた集電極の設置面積より小さい、太陽電池モジュール。 - 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記接着層は、前記接続部材の長手方向に沿って前記太陽電池の中央部側より端部側において幅が狭い部分を有する、太陽電池モジュール。 - 太陽電池の受光面に接着層を介して接続部材を接着する第１の工程と、
前記太陽電池の受光面に接続部材を接着する接着層の面積が前記太陽電池の裏面に接続部材を接着する接着層の面積よりも大きくなるように、前記太陽電池の裏面に接着層を介して接続部材を接着する第２の工程と、
を備える、太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第１の工程又は前記第２の工程において、接着層の幅が前記接続部材の長手方向に沿って前記太陽電池の中央部側より端部側において狭くなるように接続部材を接着する、太陽電池モジュールの製造方法。 - 請求項４又は５に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第１の工程において塗布される接着層の量は、前記第２の工程において塗布される接着層の量より多い、太陽電池モジュールの製造方法。
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