JPWO2015008466A1

JPWO2015008466A1 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JPWO2015008466A1
Application number: JP2015527172A
Authority: JP
Inventors: 聡生柳浦; 裕幸神納; 宜英川下; 亮治内藤; 沙織永嶋
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: JP6504365B2; WO2015008466A1

Abstract

太陽電池モジュール１０は、略同一平面上に配置される複数の太陽電池１１と、隣り合う太陽電池１１の間で折れ曲がって、一方の太陽電池１１ａの受光面及び他方の太陽電池１１ｂの裏面にそれぞれ取り付けられ、当該各太陽電池を接続する配線材３０と、第１の保護部材１２と、第２の保護部材１３とを備える。配線材３０は、太陽電池１１ｂの裏面に沿って配置される平坦部３６と、太陽電池１１ａの受光面側に折れ曲がる屈曲部３５と、を有し、屈曲部３５が平坦部３６よりもモジュールの裏面側に突出している。

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールは、例えば、複数の太陽電池を配線材で接続してなるストリングがガラス基板等の２つの保護部材で挟まれると共に、ストリングと保護部材との隙間に封止材が充填された構造を有する。配線材は、隣り合う太陽電池の間でモジュールの厚み方向に折れ曲がり、一方の太陽電池の受光面と他方の太陽電池の裏面とにそれぞれ取り付けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３１２８２０号公報

ところで、太陽電池モジュールでは、使用時等における温度変化により、保護部材や封止材の体積が膨張・収縮して、隣り合う太陽電池の間隔が伸縮する場合がある。この場合、例えば、太陽電池同士を接続する配線材に当該伸縮による応力が加わる。そして、場合によっては、配線材の屈曲部が破断する、或いは配線材が太陽電池から剥離するといった不具合を招くおそれがある。

本発明に係る太陽電池モジュールは、略同一平面上に配置される複数の太陽電池と、隣り合う太陽電池の間で折れ曲がって、一方の太陽電池の受光面及び他方の太陽電池の裏面にそれぞれ取り付けられ、当該各太陽電池を接続する配線材と、太陽電池の受光面側を覆う第１の保護部材と、太陽電池の裏面側を覆い、可撓性を有する第２の保護部材とを備え、配線材は、他方の太陽電池の裏面に沿って配置される平坦部と、一方の太陽電池の受光面側に折れ曲がる屈曲部とを有し、屈曲部が平坦部よりも裏面側に突出している。

本発明によれば、信頼性に優れた太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュールの一部を受光面側から見た平面図である。図１のＡ−Ａ線断面の一部を示す図である。図１のＢ−Ｂ線断面の一部を示す図である。図３のＣ部拡大図である。

図面を参照しながら、本発明の実施形態について以下詳細に説明する。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。

図１は、本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュール１０の一部を示す受光面側から見た平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面の一部を示す図であって、配線材３０を幅方向に切断した断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線断面の一部を示す図であって、配線材３０を長手方向に切断した断面図である。

ここで、「受光面」とは太陽電池モジュール１０の外部から太陽光が主に入射する面を、「裏面」とは受光面と反対側の面をそれぞれ意味する。例えば、太陽電池モジュール１０に入射する太陽光のうち５０％超過〜１００％が受光面側から入射する。

図１〜図３に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１と、各太陽電池１１の受光面側を覆う第１の保護部材１２と、各太陽電池１１の裏面側を覆う第２の保護部材１３とを備える。即ち、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１が第１の保護部材１２と第２の保護部材１３とにより挟持された構造を有する。

太陽電池モジュール１０は、さらに隣り合う太陽電池１１を電気的に接続する配線材３０、及び配線材３０同士を接続する渡り配線材、端子ボックス（いずれも図示せず）等を備える。複数の太陽電池１１が配線材３０で接続されてなるストリングと各保護部材との隙間には、封止材１４を充填することが好適である。

太陽電池モジュール１０において、複数の太陽電池１１は、略同一平面上に配置されている。即ち、各太陽電池１１の各受光面同士、また各裏面同士が略同一平面上に配置される。本明細書において、「略＊＊」とは、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより実質的に同一と認められるものを含む意図である。例えば、隣り合う太陽電池１１のモジュールの厚み方向に対するズレが、太陽電池１１の厚みの１０％以下、好ましくは５％以下となるように各太陽電池１１が配置される。

太陽電池１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部２０と、光電変換部２０の受光面上に形成された受光面電極と、光電変換部２０の裏面上に形成された裏面電極とを備える。本実施形態では、受光面電極としてフィンガー電極２１及びバスバー電極２２を有し、同様に裏面電極としてフィンガー電極２３及びバスバー電極２４を有する。

光電変換部２０は、例えば結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、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。好適な基板としては、ｎ型単結晶シリコン基板が例示できる。基板の厚みは、配線材３０の厚みよりも小さく、８０μｍ〜２００μｍが好ましく、９０μｍ〜１６０μｍがより好ましい。また、基板表面（受光面及び裏面）には、凹凸の高さが１μｍ〜１５μｍ程度のテクスチャ構造（図示せず）を形成することが好ましい。

基板の受光面上には、非晶質シリコン層と、酸化インジウム等を主成分とする透光性導電酸化物（ＴＣＯ）からなる透明導電層とが順に形成されることが好ましい。基板の裏面上には、非晶質シリコン層と、透明導電層とが順に形成されることが好ましい。受光面側の非晶質シリコン層は、例えばｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層とが順に形成された層構造である。裏面側の非晶質シリコン層は、例えばｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層とが順に形成された層構造である。

フィンガー電極２１は、受光面上の広範囲に形成される細線状の電極である。バスバー電極２２は、フィンガー電極２１からキャリアを集電する電極であって、全てのフィンガー電極２１と電気的に接続されている。本実施形態では、３本のバスバー電極２２が所定の間隔をあけて互いに略平行に配置され、これに交差して複数のフィンガー電極２１が配置されている。裏面電極（フィンガー電極２３及びバスバー電極２４）についても受光面電極と同様の電極配置を有するが、電極面積は、裏面電極＞受光面電極とすることが好ましい。各電極の厚みは、例えば１０μｍ〜１００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜８０μｍである。

第１の保護部材１２には、透光性を有する種々の部材を用いることができるが、耐久性等の観点からガラス基板を用いることが好適である。ガラス基板の厚みは、例えば０．５ｍｍ〜４ｍｍ程度である。

第２の保護部材１３には、後述の理由等からモジュールの使用環境下で可撓性を有する部材を用いることが好適であり、コストの削減や軽量化等の観点から、可撓性を有する樹脂製シートを用いることが特に好適である。樹脂製シートの厚みは、例えば５０μｍ〜３００μｍ程度である。樹脂製シートとしては、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂やスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂等からなるシートが例示できる。ＰＥＴシートは、透光性に優れるため、裏面側からの受光を想定する用途にも好適である。樹脂製シートには、水蒸気透過度を低減するために、シリカやアルミナ等の金属化合物からなるガスバリア層を設けてもよい。なお、第２保護部材１３としてガラス等の板状体を用いることもできる。しかしながら、第２保護部材１３としてガラス等を用いる場合に比べて太陽電池１１等に加わる応力を低減させる観点から可撓性を有する樹脂製シートとすることが好ましい。

封止材１４は、上記のように、太陽電池１１のストリングと各保護部材との隙間に充填される。封止材１４には、透光性を有する樹脂を用いることできる。具体的には、少なくとも１種のαオレフィンを重合して得られるオレフィン系樹脂、例えばエチレン−プロピレン共重合体やエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等を主成分とする樹脂が好ましい。

配線材３０は、細長い棒状の金属製部材である。配線材３０は、隣り合う太陽電池１１ａ，１１ｂに跨って取り付け可能な長さを有し、好ましくはバスバー電極２２，２４の全長に亘って取り付けられる。本実施形態では、配線材３０の幅がバスバー電極２２，２４の幅よりも太く、各バスバー電極の幅方向両側から張り出した状態で取り付けられている（図２参照）。また、配線材３０の厚みは、光電変換部２０（基板）及び太陽電池１１の厚みよりも大きく、１００μｍ〜４００μｍが好ましく、１５０μｍ〜３００μｍがより好ましい。

配線材３０は、第１の保護部材１２側に向いた面に、光拡散用凹凸３１（以下、「凹凸３１」とする）を有する。凹凸３１は、配線材３０上に照射された光を拡散させる機能を有する。配線材３０により拡散された光は、第１の保護部材１２により再び太陽電池１１側に反射するため、太陽電池１１の受光効率を高めることができる。

凹凸３１は、例えば配線材３０の長手方向に沿って連続的に形成され、幅方向に切断したときの凸部の断面形状が略三角形状を有する（図２参照）。凹凸３１の凹凸高さ（凹部から凸部までの厚み方向に沿った長さ）は、１０μｍ〜６０μｍ程度が好適である。一方、配線材３０の第２の保護部材１３側に向いた面は凹凸を有さず平坦である。即ち、配線材３０は、太陽電池１１ｂの裏面に対向する面のみに凹凸３１を有する。

以下、図４をさらに参照して、配線材３０の構成を説明する。図４は、図３のＣ部拡大図であって、配線材３０の屈曲部３３，３５の近傍を拡大して示す図である。

図３，４に示すように、配線材３０は、隣り合う太陽電池１１ａ，１１ｂの間でモジュールの厚み方向に折れ曲がって、太陽電池１１ａの受光面及び太陽電池１１ｂの裏面に取り付けられ、当該各太陽電池を直列に接続する。太陽電池１１ａの裏面には、さらに別の配線材３０が取り付けられる。これにより、太陽電池１１ａは、太陽電池１１ｂと反対側に位置する太陽電池１１と接続される。太陽電池１１ｂについても同様に、さらに別の配線材３０が受光面に取り付けられて、太陽電池１１ｂと反対側に位置する太陽電池１１に接続される。

より詳しくは、配線材３０の長手方向一端側が太陽電池１１ａのバスバー電極２２の長手方向に沿ってバスバー電極２２上に取り付けられ、長手方向他端側が太陽電池１１ｂのバスバー電極２４の長手方向に沿ってバスバー電極２４上に取り付けられる。配線材３０は、例えば、非導電性接着剤や導電性フィラーを含有する導電性接着剤等の接着剤３７（図２参照）、或いは半田を用いてバスバー電極２２，２４上に取り付けられる。

配線材３０は、太陽電池１１ａの受光面に沿って配置される平坦部３２と、太陽電池１１ｂの裏面側に折れ曲がる屈曲部３３とを有する。また、配線材３０は、太陽電池１１ｂの裏面に沿って配置される平坦部３６と、太陽電池１１ａの受光面側に折れ曲がる屈曲部３５とを有する。即ち、配線材３０は、屈曲部３５から延び、太陽電池１１ｂの裏面に沿って配置される平坦部３６を有する。平坦部３２，３６は、各太陽電池の受光面上、裏面上にそれぞれ接着剤３７を用いて取り付けられており、各面に沿って真っ直ぐに延びている。

つまり、配線材３０は、２つの平坦部３２，３６の間であって、隣り合う太陽電池１１ａ，１１ｂの間に位置する部分に複数の屈曲部３３，３５を有する。本実施形態では、配線材３０の長手方向中央部に複数の屈曲部３３，３５を有する。屈曲部３３，３５に挟まれた部分は、平坦部３２，３４に対して交差する方向に延びている。

隣り合う太陽電池１１ａ，１１ｂを接続する配線材３０は、太陽電池１１ｂに近い方の屈曲部３５が、太陽電池１１ｂに取り付けられた平坦部３６よりも第２の保護部材１３側、即ちモジュールの裏面側に突出している。屈曲部３５は、第２の保護部材１３側に凸となるように湾曲して、第１の保護部材１２側、即ちモジュールの受光面側に曲がっている。これにより、配線材３０の長手方向中央部に、配線材３０の長手方向に伸縮し易い撓みが形成される。ゆえに、太陽電池モジュール１０の使用時等における温度変化により各保護部材や封止材１４の体積が膨張・収縮して太陽電池１１ａ，１１ｂの間隔が伸縮する場合に、当該伸縮による応力を緩和することができる。なお、屈曲部３５は、配線材３０に折り目をつけないようにして、平坦部３６と屈曲部３３，３５の間の平坦部３４のなす角が鈍角となるようにして構成される。

配線材３０は、裏面側の平坦部３６に近い屈曲部３５のみに上記突出形状を形成することが好適である。即ち、受光面側の平坦部３２に近い屈曲部３３は、平坦部３２よりも第１の保護部材１２側、即ちモジュールの受光面側に突出しないことが好適である。この理由は、屈曲部３５のみに突出形状を形成することで上記応力緩和を実現可能だからである。また、第１の保護部材１２にはガラス基板が用いられるため、屈曲部３３に突出形状を形成すると、後述のラミネート工程で屈曲部３３が押圧されて太陽電池１１の配置が乱れるといった不具合が想定される。なお、屈曲部３３は、配線材３０に折り目をつけないようにして平坦部３２と平坦部３４のなす角が鈍角となるようにして構成される。

屈曲部３５は、配線材３０の厚みをＴ₃₀としたときに、平坦部３６の第２の保護部材１３に対向する面（以下、「裏面」とする）から、Ｔ₃₀×０．１以上の長さで突出することが好ましい。屈曲部３５の突出長さ（平坦部３６の裏面から頂点３５ｐまでのモジュールの厚み方向に沿った長さ）は、より好ましくはＴ₃₀×０．１〜１．０であり、特に好ましくはＴ₃₀×０．１〜０．５程度である。突出高さが当該範囲内であれば、モジュールの厚みに殆ど影響を与えることなく、各保護部材や封止材１４の体積変化に起因する応力を緩和することができる。

配線材３０は、太陽電池１１ｂの端部と略重なる位置に、屈曲部３５の頂点３５ｐを有することが好適である。つまり、太陽電池１１ｂの端部と屈曲部３５の頂点３５ｐとがモジュールの厚み方向に略並ぶことが好適である。これにより、太陽電池１１ｂの端部と配線材３０との間に大きな隙間が形成され、太陽電池１１ｂの端部に配線材３０が接触することを防止できる。太陽電池１１（基板）の端部は破損し易く、また太陽電池１１ｂの太陽電池１１ａ側の端部は配線材３０の凹凸３１と接触し易いため特に破損し易いが、当該構成により、当該破損を防止することができる。

本実施形態では、第２の保護部材１３が屈曲部３５に対応する部分が裏側に膨らんで膨出部１３ｐが形成されている。つまり、第２の保護部材１３は、可撓性のある樹脂製シートで構成されているため、後述のラミネート工程において屈曲部３５の突出形状に対応して膨らむ。ゆえに、屈曲部３５の突出形状が維持され易い。

上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１を配線材３０で接続してなるストリングを、第１の保護部材１２、第２の保護部材１３、及びシート状の封止材１４（例えば、ＥＶＡシート）を用いてラミネートすることにより製造される。ラミネート装置では、例えばヒーター上に第１の保護部材１２／ＥＶＡシート／ストリング／ＥＶＡシート／第２の保護部材１３の順に配置して、真空状態で１５０℃程度に加熱する。その後、大気圧下でヒーター側にモジュールの構成部材を押し付けながら加熱を継続し、ＥＶＡを架橋させる。最後に、端子ボックス等を取り付けて太陽電池モジュール１０が得られる。

配線材３０には、ストリングを形成する前に又はストリングを形成すると同時に、金型等を用いて屈曲部３３，３５を形成することが好適である。このとき、屈曲部３５は、太陽電池１１ｂの端部と略重なる位置が最も突出する頂点３５ｐとなるように加工されることが好ましい。

以上のように、太陽電池モジュール１０によれば、屈曲部３５に上記突出形状を形成することで、各保護部材や封止材１４の体積変化に起因して発生する応力を緩和することができる。つまり、当該体積変化により太陽電池１１ａ，１１ｂの間隔が伸縮する場合であっても、屈曲部３５がバネのように機能して、配線材３０の破断や配線材３０の剥離を十分に防止することが可能となる。したがって、太陽電池モジュール１０は、信頼性に優れた製品となる。

１０太陽電池モジュール、１１，１１ａ，１１ｂ太陽電池、１２第１の保護部材、１３第２の保護部材、１３ｐ膨出部、１４封止材、２０光電変換部、２１，２３フィンガー電極、２２，２４バスバー電極、３０配線材、３１光拡散用凹凸、３２，３４，３６平坦部、３３，３５屈曲部、３５ｐ頂点、３７接着剤

Claims

略同一平面上に配置される複数の太陽電池と、
隣り合う前記太陽電池の間で折れ曲がって、一方の太陽電池の受光面及び他方の太陽電池の裏面にそれぞれ取り付けられ、当該各太陽電池を接続する配線材と、
前記太陽電池の前記受光面側を覆う第１の保護部材と、
前記太陽電池の前記裏面側を覆い、可撓性を有する第２の保護部材と、
を備え、
前記配線材は、前記他方の太陽電池の前記裏面に沿って配置される平坦部と、前記一方の太陽電池の前記受光面側に折れ曲がる屈曲部と、を有し、前記屈曲部が前記平坦部よりも前記裏面側に突出している、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において、
前記第２の保護部材は、樹脂製シートにより構成され、前記屈曲部に対応する部分が裏側に膨らんでいる、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において、
前記配線材は、前記第１の保護部材側に向いた面に、光拡散用の凹凸を有している、太陽電池モジュール。
請求項３に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記配線材は、前記他方の太陽電池の端部と略重なる位置に前記屈曲部の頂点を有している、太陽電池モジュール。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記配線材の厚みは、前記太陽電池の厚みよりも大きい、太陽電池モジュール。