KR20110014231A - 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

수지 기재에 소정의 배선 패턴을 형성한 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀끼리를 전기 접속하는 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법으로서, 상기 배선 기판을 태양 전지 셀의 전극 패턴과 배선 기판의 배선 패턴의 형상으로부터 설계 마진이 작은 방향을 상기 수지 기재의 열수축률이 작은 방향으로 한 태양 전지 모듈로 하고, 이 태양 전지 모듈을 제조할 때의 열처리 공정의 온도를 100℃이상 180℃이하의 제조 방법으로서, 열수축률이 충분히 낮지 않은 각종 수지 재료로 이루어지는 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀을 접속하는 구성이어도 미세 피치에서의 전극설계를 가능하게 하고, 높은 태양 전지 특성을 발휘하는 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법으로 했다.

Description

태양 전지 모듈 및 그 제조 방법{SOLAR BATTERY MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 각종 수지 재료로 이루어지는 배선 기판을 이용하는 것이 가능한 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 에너지 자원의 고갈의 문제나 대기중의 이산화탄소의 증가와 같은 지구 환경 문제 등으로부터 깨끗한 에너지원의 개발이 기대되고 있고, 특히 태양 전지를 이용한 태양광 발전이 새로운 에너지원으로서 개발되어 실용화되고 발전의 길을 걷고 있다. 태양 전지로서는 단결정 또는 다결정의 일도전형 실리콘 기판의 수광면에 역도전형의 불순물을 확산시켜서 pn 접합을 형성하고, 그 실리콘 기판의 수광면과 이면에 각각 전극을 형성한 태양 전지 셀을 복수 접속해서 구성되는 태양 전지 모듈이 종래부터 주류로 되어 있다.
또한, 일도전형 실리콘 기판의 이면에 동일 도전형의 불순물을 고농도로 포함하는 불순물층을 형성함으로써 이면 전계 효과에 의한 고출력화를 도모한 태양 전지 셀도 일반적으로 되어 있다. 더욱이, 실리콘 기판의 수광면에는 전극을 형성하지 않고, 그 이면에 P전극, N전극을 형성하는 소위 이면 전극형 태양 전지 셀도 개발되어 있다.
이면 전극형 태양 전지 셀에 있어서는 일반적으로 수광면에 전극을 갖지 않으므로 전극에 의한 섀도우 로스가 없고, 실리콘 기판의 수광면과 이면에 각각 전극을 갖는 태양 전지 셀에 비해서 높은 출력을 얻는 것이 기대될 수 있다.
그 때문에, 이면 전극형 태양 전지 셀을 절연성 기재에 배선을 형성한 배선 기판을 이용해서 접속함으로써 태양 전지 셀의 접속이 용이해지고, 셀 깨짐을 저감할 수 있다고 하는 제안이 되어 있다(예를 들면, 특허문헌1참조).
일본 특허 공개 2005-340362호 공보
태양 전지 셀의 접속을 용이하게 하기 위해 배선 기판의 사용이 제안되어 있지만, 양산화에는 이르지 않고 있다. 반도체 분야에서 사용되고 있는 배선 기판으로서는 주로 열수축률이 작은 글래스 에폭시 기판 상에 동박 등에 의해 배선 패턴이 형성되어 있는 경질 기판이나 폴리이미드 필름 상에 동박 등에 의해 배선 패턴이 형성되어 있는 플렉시블 기판이 있다. 그러나, 이들 배선 기판에 사용되고 있는 글래스 에폭시 기판이나 폴리이미드 필름은 태양 전지 모듈의 재료로서는 1대당 1m2이상 필요해지기 때문에 매우 고가가 된다. 이것이 양산화에 이르지 않는 큰 요인으로 되어 있다.
그래서, 보다 저렴한 재료를 사용하는 것이 생각되지만, 저렴한 재료는 일반적으로 내열성에 문제가 있다. 태양 전지 모듈을 제조하는 과정에 대해서는 태양 전지 셀과 배선 기판의 접속 공정이나 태양 전지 모듈을 내후성 밀봉재로 밀봉하는 공정으로 배선 기판이 가열되고, 적어도 150℃전후의 온도에 노출되는 것이 있다.
예를 들면, 폴리이미드 필름 대신에 수10분의 1의 가격인 PET 필름을 이용했을 경우 필름 단체로 비교하면 150℃에서 30분간 가열 처리를 행함으로써 폴리이미드 필름의 치수 변화는 0.1%이하인 것에 대해 PET 필름은 수% 수축하는 것이 있고, 태양 전지 셀의 전극과 배선 기판의 배선 사이에서 벗어남이 생기고, 불량 모듈이 되는 가능성이 높다.
일반적으로 이면 전극형 태양 전지 셀의 전극은 치밀하고 피치가 미세한 쪽이 높은 태양 전지 특성을 기대할 수 있지만, 필름의 열수축을 고려하면 치밀하고 미세한 피치로 하는 전극 설계는 곤란해서 높은 태양 전지 특성을 발휘할 수 없다고 하는 문제가 생긴다.
그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 열수축률이 충분히 낮지 않은 각종 수지 재료로 이루어지는 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀을 접속하는 구성이어도 미세 피치에서의 전극 설계를 가능하게 하고, 높은 태양 전지 특성을 발휘하는 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자 등은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 통상 2축 연신 방법에 의해 제조되는 수지 필름은 롤 형상으로 권취되면서 제조될 때의 MD 방향(권취 방향)과 TD 방향(MD에 대하여 수직 방향)으로 열수축률에 수배로부터 수십배의 차이가 발생하는 것, 예를 들면 일반적인 저렴한 PET 필름에서는 150℃, 30분간의 가열 처리에 대하여 MD 방향으로 약 2%, TD 방향으로 약 0.2%인 것을 감안하여 전극 패턴이 미세하고 설계 마진이 작은 방향을 TD 방향으로 함으로써 충분히 열수축의 영향이 작은 배선 기판을 제조할 수 있는 것을 발견해서 본 발명에 도달했다. 즉, 본 발명은 수지 기재에 소정의 배선 패턴을 형성한 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀끼리를 전기 접속하는 태양 전지 모듈로서, 상기 배선 기판을 태양 전지 셀의 전극 패턴과 배선 기판의 배선 패턴의 형상으로부터 설계 마진이 작은 방향을 상기 수지 기재의 열수축률이 작은 방향으로 한 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에 의하면, 설계 마진이 작고 오차를 작게 억제할 필요가 있는 방향으로 기재의 열수축률이 작은 방향을 일치시킴으로써 열수축의 영향을 억제한 배선 패턴을 구축할 수 있다. 그 때문에, 열수축률이 충분히 낮지 않은 각종 수지 재료를 이용해서 작성되는 배선 기판을 구비한 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 구성의 태양 전지 모듈에 있어서, 복수의 배선이 인접해서 병설되는 배선 패턴의 폭방향을 상기 수지 기재의 TD 방향으로 한 것을 특징으로 하고 있다. 이 구성에 의하면, 비교적 단순해서 동일 패턴의 반복인 태양 전지 셀 접속의 배선 패턴 중에서 미세 피치로 배선되는 폭방향으로 수지 기재의 TD 방향을 채용하고, 패턴 마진을 크게 떨어뜨리는 방향으로 수지 기재의 MD 방향을 채용하게 되어 열수축의 영향을 받지 않는 배선 패턴을 구축할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 구성의 태양 전지 모듈에 있어서, 상기 수지 기재가 2축 연신 수지 필름인 것을 특징으로 하고 있다. 이 구성에 의하면, 통상 2축 연신법에 의해 제조되는 많은 수지 재료로부터 배선 기판에 적합한 수지를 선택해서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 구성의 태양 전지 모듈에 있어서, 상기 필름이 폴리에스테르계 필름인 것을 특징으로 하고 있다. 이 구성에 의하면, 저렴해서 대량생산가능한 수지 재료를 이용하여 태양 전지 모듈의 배선 기판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 구성의 태양 전지 모듈에 있어서, 상기 필름이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 PET 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트 PEN 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 구성에 의하면, 열수축률이 크고, 매우 저렴한 수지 재료이어도 배선 기판의 폭방향을 TD 방향으로 함으로써 충분히 열수축의 영향이 작은 배선 기판을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법으로서, 열처리 공정의 온도를 100℃이상 180℃이하로 한 것을 특징으로 하고 있다.
이 구성에 의하면, 접착이나 전극 접속 등의 즈음에 열처리를 행해도 가열 온도를 180℃이하로 억제함으로써 내열 온도가 낮은 저렴한 수지 재료를 이용해도 열수축에 의해 위치 벗어남을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 구성의 태양 전지 모듈의 제조 방법에 있어서, 태양 전지 셀측의 전극과 배선 기판의 접속에 융점이 180℃이하의 땜납 또는 180℃이하에서 경화되는 도전성 접착제를 이용하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 구성에 의하면, 180℃이하의 열처리 온도로 수지 기판의 열수축을 억제하면서 태양 전지 셀측의 전극과 배선 기판의 접속을 확실히 행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 수지 기재에 소정의 배선 패턴을 형성한 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀끼리를 전기 접속하는 태양 전지 모듈에 있어서, 배선 기판을 태양 전지 셀의 전극 패턴과 배선 기판의 배선 패턴의 형상으로부터 설계 마진이 작은 방향을 수지 기재의 열수축률이 작은 방향으로 함으로써 설계 마진이 작고 오차를 작게 억제할 필요가 있는 방향으로 기재의 열수축률이 작은 방향을 일치시켜서 열수축의 영향을 억제한 배선 패턴을 구축할 수 있다. 그 때문에, 열수축률이 충분히 낮지 않은 각종 수지 재료로 작성되는 배선 기판을 구비한 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다. 또한, 이 태양 전지 모듈을 제조할 때의 열처리 공정의 온도를 100℃이상 180℃이하의 제조 방법으로 함으로써 내열 온도가 낮은 저렴한 각종 수지 재료를 이용해도 열수축에 의해 위치 벗어남을 방지한 배선 기판을 구비하는 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다.
도 1은 태양 전지 셀의 개략 설명도이며, 도 1(a)는 단면 개략도를 나타내고, 도 1(b)는 라인 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀을 나타내는 평면도이며, 도 1(c)는 도트 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀을 나타내는 평면도이며, 도 1(d)는 빗살 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀을 나타내는 평면도이다.
도 2는 배선 기판의 일예를 나타내는 평면도이다.
도 3은 태양 전지 셀의 제 1 실시형태 예를 나타내고, 도 3(a)는 그 단면 개략도, 도 3(b)는 평면도이다.
도 4는 배선 기판의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 태양 전지 모듈의 일예를 나타내고, 도 5(a)는 평면도이며, 도 5(b)는 단면 개략도이다.
도 6은 본 발명에 의한 태양 전지 모듈의 프레임체와 단자 박스를 장착하기 전의 반완성 상태의 요부 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 태양 전지 모듈의 완성 상태의 요부 구성을 나타내는 단면도이다.
이하에 본 발명의 실시형태를 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 동일 구성 부재에 대해서는 동일한 부호를 이용하고, 상세한 설명은 적당히 생략한다.
태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지 셀을 구비하는 태양 전지 본체부와, 태양 전지 본체부의 주위를 유지해서 일체화하는 프레임체와, 태양 전지 본체부가 생성하는 전력의 출력부가 되는 단자 박스와, 단자 박스에 접속되는 출력 케이블을 구비하고 있고, 표면으로부터 순서대로 투광성 글래스, 또는 플라스틱재로 이루어지는 수광면 보호판, 시트 형상의 에틸렌비닐아세테이트 등 태양 전지 셀 밀봉재, 이 태양 전지 셀 밀봉재 중에 밀봉된 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘이나 아모퍼스 실리콘이나 화합물 반도체 등의 태양 전지 셀, 상기 태양 전지 셀 밀봉재를 이면으로부터 보호하는 백 필름의 적층체를 일체화해서 프레임체에 조립한 구성으로 되어 있다.
태양 전지 모듈은 복수의 태양 전지 셀을 인터커넥터에 의해 전기적으로 배선한 스트링, 및 유리 기판에 전극을 형성한 것을 직/병렬로 세트하고, 수광면 보호판과 이면측의 백 필름 사이에 봉입해서 투광성의 수지에 의해 밀봉하고, 주변에 프레임체를 부착한 구성으로 되어 있다. 본 실시형태의 태양 전지 셀은 N전극, P전극이 함께 이면측에 있는 이면 전극 태양 전지 셀(10)로서, 예를 들면 도 1(a)의 단면 개략도에 나타낸 바와 같은 구성으로 되어 있고, 실리콘 기판(1), 상기 실리콘 기판(1)의 수광면에 형성되는 반사 방지막(2), 실리콘 기판(1)의 이면에 형성되는 N+층(3)과 P+층(4), 이면 상에 형성되는 패시베이션막(7), N전극(5), P전극(6)을 구비한 구성으로 되어 있다. 또한, 실리콘 기판(1)과 반사 방지막(2) 사이에 다른 패시베이션막을 형성하는 구성으로도 좋다.
반사 방지막(2) 및 패시베이션막(7)은, 예를 들면 질화 실리콘막이나 산화 실리콘막으로 형성할 수 있다.
이면측에 형성되는 전극 패턴은 도 1(b)에 나타낸 바와 같은 라인 형상의 전극 패턴, 도 1(c)에 나타낸 도트 형상의 전극 패턴, 도 1(d)에 나타낸 빗살(comb-teeth) 형상의 전극 패턴으로 형성될 수 있고, 각각 라인 형상에 형성된 N전극(5a), P전극(6a)을 구비하는 라인 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀(10A), 도트 형상으로 형성된 N전극(5b), P전극(6b)을 구비하는 도트 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀(10B), 빗살 형상으로 형성된 N전극(5c), P전극(6c)을 구비하는 빗살 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀(10C)이 된다. 그 다음에, 복수의 태양 전지 셀(10)(10A, 10B, 10C)의 복수의 전극을 접속해서 기전력을 인출하기 위해 장착하는 배선 기판에 대해서 설명한다.
배선 기판은 절연성 기판 상에 소망의 배선 패턴을 형성한 것을 나타내고, 절연성 기판으로서 경질 기판을 이용하는 것과 필름 기판을 이용하는 것이 있다. 본 실시형태에서는 2축 연신법에 의해 제조된 필름을 이용한 배선 기판으로 되어 있다.
이 배선 기판은, 예를 들면 기재가 되는 절연성 필름과 금속박을 접착제 등을 이용해서 부착되고, 금속박 표면에 보호용의 레지스트를 소망의 형상으로 형성한 후, 노출된 금속박을 에칭 처리하고, 레지스트를 제거함으로써 소망의 배선 패턴을 갖는 배선 기판이 형성된다. 이 때, 형성되는 배선 패턴에 따라 필름의 방향을 정함으로써 열수축에 강한 배선 기판을 제조할 수 있다.
일반적으로 필름의 제조는 용해된 수지 기재를 롤 형상으로 권취하면서 종방향(권취 방향:MD 방향)과 횡방향(TD 방향:MD 방향과 직교하는 방향)으로 연신해서 균일한 두께의 필름을 제조하는 2축 연신법으로 행해져 있다. 이 방법의 특징으로서 MD 방향에 응력이 남기 쉽기 때문에 가열 수축할 때에는 이 MD 방향에서 수축하기 쉽고, TD 방향에 비해서 수배로부터 수십배의 열수축률이 될 것이 있다. 즉, 수지 기재의 TD 방향의 열수축률은 작고, MD 방향의 열수축률은 커진다.
그 때문에, 반도체 분야에서 이용되고 있는 플렉시블 배선 기판의 수지 기재로서는 2백수십℃로 가열해도 형상 변화가 대부분 생기지 않는 내열성에 우수한 폴리이미드 필름이 이용되고 있다. 그러나, 폴리이미드 필름은 매우 고가이고, 태양 전지 모듈의 배선 기판으로서 사용할 경우 모듈 면적과 동등한 면적이 필요하게 되는 것을 생각하면 양산화하는 것은 곤란하다.
한편, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 등의 폴리에스테르계 필름은 포장용 재료 등으로서 일반적인 용도에 널리 보급되고 있기 때문에 저렴하고, 폴리이미드 필름의 수십분의 1정도의 것도 있다. 그러나, 폴리에스테르계 필름은 폴리이미드 필름과 비교해서 내열성이 크게 뒤져 있고, 배선 기판의 기재로서 사용되고 있을 경우도 있지만, 열의 영향을 받지 않는 용도에 한정되어 있다. 예를 들면, 일반적인 PET 필름 단체이면 150℃, 30분의 가열 처리에 대하여 열수축률은 MD 방향으로 2%, TD 방향으로 0.2%정도인 것이 알려져 있다. 실제로는, 금속박이 부착되어 있으므로 그 수축률은 상기 값보다 작아지지만, MD 방향의 수축률이 TD 방향보다도 큰 것은 변경되지 않는다. 또한, 구체적인 수축률은 배선 패턴에 의해 다르다.
태양 전지 모듈에 배선 기판을 사용할 경우 모듈 제조시에 태양 전지 셀과의 접속 및 태양 전지 모듈의 밀봉의 양공정으로 적어도 100℃이상에서의 가열이 필요해진다. 또한, 일반적인 PET 수지는 변색이나 변성, 변형이 일어나기 때문에 처리 온도는 180℃이하로 할 필요가 있다. PEN이나 다른 폴리에스테르계 필름에 관해서도 다소의 차이는 있지만 같은 것을 말할 수 있다. 그 때문에, 태양 전지 모듈에 배선 기판을 사용하도록 한 용도에서는 열수축의 문제때문에 통상 반도체 분야에서는 배선 기판의 기재로서 폴리에스테르계 필름은 이용하지 않는다. 그러나, 태양 전지 셀에서는 반도체와 같은 종방향, 횡방향과 함께 치밀하고 복잡한 배선 패턴을 이용할 필요는 없고, 후술하는 바와 같은 단순한 패턴이 되고, 높은 정밀도가 요구되는 방향이 1방향에 한정되므로 이 높은 정밀도가 요구되는 방향을 수지 기재의 TD 방향으로 하고, 다른 쪽을 MD 방향이 되도록 패턴 형성함으로써 사용 가능해진다. 이렇게 함으로써 저렴한 폴리에스테르필름을 배선 기판에 사용할 수 있고, 결과로서 태양 전지 모듈의 양산화가 가능해진다.
도 2에 배선 기판의 일예를 나타낸다. 이 배선 기판은 그 배선이 라인 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀(10A) 또는 도트 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀(10B)에 형성되는 전극에 대응해서 형성되는 빗살 형상의 P배선과 N배선이 서로 마주보는 형태로 형성된 배선 기판(20)이며(셀 전극이 빗살 형상인 경우에서도 이 배선 기판에 설치가능함), 복수의(예를 들면, 12개의) 태양 전지 셀을 설치했을 때에 이들 복수의 셀을 직렬로 접속하는 접속 배선(9a~9m)을 구비하고 있다. 태양 전지 셀에 형성되는 전극에 대응해서 형성되는 배선(P배선과 N배선)은 전극의 폭에 대하여 동등 이상의 폭을 갖고 있는 것이 바람직하고, 이 배선 기판 상의 배선에 태양 전지 셀의 전극과 배선 기판의 배선을 겹치도록 접속함으로써 태양 전지 모듈로서의 배선을 행한다. 이렇게 전극과 배선을 겹침으로써 태양 전지에서 발생한 전기를 집전할 때의 전기 저항을 작게 할 수 있고, 높은 태양 전지 특성을 얻는다.
여기서, 배선 기판의 배선과 태양 전지 셀의 전극의 접속에, 예를 들면 저융점 땜납이나 저온 경화형의 도전성 접착제를 이용해서 접속을 위한 가열 온도를 180℃이하로 억제하도록 하고 있다. 이 경우에, 배선 기판의 수지 기재를 PET나 PEN 등의 폴리에스테르계 필름을 이용하면 180℃이하의 비교적 낮은 온도의 처리 온도이어도 열수축에 의한 위치 벗어남이 일어나 배선 불량이 될 가능성이 있다. 따라서, 태양 전지 셀의 한쪽의 전극과, 인접하는 다른 쪽의 전극과 접속하는 배선이 접촉할 위험성이 높기 때문에 인접해서 다수의 배선이 형성되는 도중의 X방향이 수지 기재의 TD 방향이 되고, Y 방향이 MD 방향이 되는 수지 기재로 이루어지는 배선 기판을 이용하기로 한다.
상기한 바와 같이, 복수의 배선이 인접해서 병설되는 배선 패턴의 폭방향을 상기 수지 기재의 TD 방향으로 한 배선 기판(20)으로 함으로써 미세 피치로 배선되는 폭방향으로 수지 기재의 TD 방향을 채용하고, 패턴 마진을 크게 떨어뜨리는 방향으로 수지 기재의 MD 방향을 채용하게 되어 열수축에 의해 위치 벗어남을 방지해서 열수축의 영향을 받지 않는 배선 패턴을 구축할 수 있다.
다음에, 태양 전지 셀 빗살 형상의 핑거 전극을 통해서 셀 단부에 형성되는 버스 바(bus bar) 전극에 집전되는 타입의 태양 전지 셀과, 이 버스 바 전극에 접촉하는 접속 배선을 통해서 접속하는 배선 기판으로 이루어지는 태양 전지 모듈에 대해서 도 3 및 도 4을 이용해서 설명한다.
도 3(a)에 나타낸 태양 전지 셀(10C)은 N전극(5), P전극(6)이 함께 이면에 형성된 이면 전극형 태양 전지로서, 예를 들면 N형의 실리콘 기판(1), 상기 실리콘 기판(1)의 수광면에 형성되는 반사 방지막(2), 실리콘 기판(1)의 이면에 형성되는 N+층(3)과 P+층(4), 이면 상에 형성되는 패시베이션막(7), N전극(5), P전극(6)을 구비한 구성으로 되어 있다. 또한, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 태양 전지 셀(10C)에 형성하는 N전극(5)은 핑거 N전극(5c)이며, P전극(6)은 핑거 P전극(6c)이며, 이들이 빗살 형상으로 형성되어 있고, 셀 단부에 버스 바 N전극(50)과 버스 바 P전극(60)이 형성되어 있다.
상기 태양 전지 셀(10C)에 대응해서 사용하는 배선 기판(21)의 일예를 도 4에 나타낸다. 여기서 사용하는 배선 기판의 배선은 인접하는 태양 전지 셀의 버스 바 N전극(50)과 버스 바 P전극(60)을 직렬로 접속하는 배선 패턴 및 태양 전지 스트링 사이를 접속하는 배선 패턴을 형성하는 접속 배선(9)(9a~9m)을 갖는다.
이 접속 배선(9)(9a~9m)에 태양 전지 셀의 버스 바 전극[버스 바 N전극(50), 버스 바 P전극(60)]을 각각 접속함으로써 태양 전지 모듈로서의 배선을 행한다. 즉, 태양 전지 셀의 핑거 전극만으로 전류를 수집하고, 셀 단부에 있는 버스 바 전극에 집전한다. 이렇게 버스 바 부분만을 배선 기판의 접속 배선(9)에 겹쳐서 배선하면 좋으므로 핑거 전극에서의 손실이 일어나지 않도록 핑거 전극의 저항을 작게 하는 연구가 필요해지지만, 설치를 위한 위치 결정은 용이하다.
이 경우의 버스 바 전극과 접속 배선의 접속은 전술한 저융점 땜납이나 저온 경화형의 도전성 접착제를 이용함으로써 접속을 위한 가열 온도를 180℃이하로 억제할 수 있다. 또한, 이 때에 배선 기판의 기재가 PET나 PEN 등의 폴리에스테르계 필름이면 180℃이하의 처리이어도 열수축에 의해 위치 벗어남이 일어나 배선 불량이 될 가능성이 있으므로 핑거 전극의 단부와 접촉할 가능성이 높고, 도중 Y방향을 수지 기재의 TD 방향이 되도록 한 배선 기판(21)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 접촉할 가능성이 높고 설계 마진이 작은 방향을 수지 기재의 TD 방향으로 한 배선 기판(21)으로 함으로써 열수축에 의해 위치 벗어남을 방지해서 열수축의 영향을 받지 않는 배선 패턴을 구축할 수 있다.
배선 기판(21)을 장착 접속한 후, EVA(에틸렌ㆍ비닐ㆍ아세테이트) 등의 투광성 밀봉재, 글래스 등의 투광성 기판, 및 내후성 필름으로 끼우고, 가열 진공 압착 및 어닐링 처리해서 모듈을 밀봉하고, 프레임체 및 외부에 전기를 인출하기 위한 단자 박스를 부착해서 태양 전지 모듈이 완성된다.
상기한 바와 같이, 태양 전지 셀의 전극 패턴과 배선 기판의 배선 패턴의 형상으로부터 설계 마진이 작은 방향을 수지 기재의 열수축률이 작은 방향으로 하고, 설계 마진이 작고 오차를 작게 억제할 필요가 있는 방향으로 상기 수지 기재의 열수축률이 작은 방향을 일치시킴으로써 열수축의 영향을 억제한 배선 패턴을 구축할 수 있고, 열수축률이 충분히 낮지 않은 저렴한 수지 재료를 이용해서 작성되는 배선 기판을 구비한 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다.
가열 진공 압착 및 어닐링 공정에서도 사용하는 밀봉재의 종류에도 따르지만, 일반적으로는 120~180℃에서 10~60분정도 가열되기 때문에 배선 기판에 폴리에스테르계 필름을 이용했을 경우 열에 의한 수축으로 태양 전지 셀과 배선 기판의 위치 벗어남이 일어날 가능성이 있다. 이 경우에서도, 설계 마진의 작은 방향을 수지 기재의 TD 방향으로 함으로써 위치 벗어남에 의한 모듈의 불량 발생을 방지할 수 있다.
이와 같이, 태양 전지 모듈에서 사용하는 배선 패턴은 단순하고 모든 셀에 대하여 동일 패턴이 되기 때문에 설계 마진이 작은 방향을 기재 필름의 TD 방향으로 하고, 여유가 있는 방향을 MD 방향으로 함으로써 매우 저렴하지만 열수축률이 큰 PET나 PEN 등의 폴리에스테르계 필름을 사용하는 것이 가능하다.
(실시예)
실시예로서 도 1에 나타낸 라인 형상의 전극 패턴이 형성된 태양 전지 셀(10A)과 도 2에 나타낸 배선 기판(20)을 이용해서 태양 전지 모듈(M)을 제조했다. 태양 전지 셀(10A)은, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 태양 전지 이면측에 N+층(3), P+층(4)이 라인 형상으로 교대로 형성되고, 수광면에는 예를 들면 질화 실리콘막으로 이루어지는 반사 방지막(2), 이면측에는 패시베이션막(7)이 형성되고, N+층, P+층 상에 각각 N전극(5), P전극(6)이 형성되어 있다. 이 구성의 태양 전지 셀(10A)은 기지의 방법에 의해 제조될 수 있다. 여기서, 태양 전지 셀(10A)의 전극은 은을 주성분으로 하는 소성 전극이며, 라인 형상의 N전극(5a), P전극(6a)이 교대로 형성되어 있고, N전극(5a)과 P전극(6a)의 간격은 0.5㎜로 했다. 또한, 각 전극의 폭은 양전극과도 0.2㎜가 되도록 했다. 또한, 전극의 표면에 땜납(Sn-Bi 땜납)(H)을 코팅했다.
다음에, 배선 기판(20)으로서 기재에 25㎛두께의 PET 필름을 이용하고, 접착제를 이용해서 35㎛의 동박에 부착한 후, 보호 레지스트를 형성하고, 소망의 형상으로 에칭해서 제작했다. 배선 기판(20)에는 빗살 형상의 N배선과 P배선이 구비되어 있음과 아울러 이면 전극형 태양 전지 셀의 N형용 전극에 전기적으로 접속되는 N형용 배선과, 인접하는 태양 전지 셀의 P형용 전극에 전기적으로 접속되는 P형용 배선을 전기적으로 접속하는 접속 배선이 형성되어 있다. 또한, 각 스트링이 직렬로 접속되는 배선도 형성되어 있다.
여기서, 태양 전지 셀의 전극과 겹치는 부분의 배선의 폭은 0.35㎜로 했다. 상기 전극의 폭0.2㎜보다도 배선의 폭이 넓은 것은 태양 전지 셀에서 발생한 전류의 집전 시에 전기 저항에 의해 셀 특성이 저하하는 것을 방지하기 위해서이며, 배선과 인접하는 반대 극성의 전극의 거리는 0.15㎜가 된다. 또한, 빗 형상의 N배선, P배선의 버스 바에 맞는 개소와, 반대 극성의 태양 전지 셀 전극의 선단과의 거리를 0.5㎜로 했다. 또한, 배선 기판은 설계 마진이 작은 모듈의 X방향을 기재의 TD 방향으로서 제작했다.
이어서, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 12매의 태양 전지 셀(10A)(10a~10l)을 배선 기판 상에 설치하고, UV 경화 접착제를 이용해서 태양 전지 셀이 움직이지 않도록 배선 기판 상에 일시적으로 고정했다. 그리고, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, N전극(5a)과 N배선(91)을 또한 P전극(6a)과 P배선(92)을 리플로우 납땜을 행해 전기적으로 접속했다. 이 리플로우 납땜은 접속하는 개소에 미리 땜납(H)을 코팅해 두고, 거기에 전자 부품을 배치하고 나서 가열하는 납땜 수법이며, 본 실시형태에 있어서는 가열하는 피크 온도가 150℃가 되도록 설정되었다.
다음에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 밀봉재로서 EVA 필름을 수광면측 및 이면측에 설치하고, 더욱이 수광면측에는 글래스 기판(11)을 이면측에는 내후성 필름(12)을 설치하고, 라미네이터에 의해 가열 진공 압착을 하고, 더욱이 어닐링 처리해서 태양 전지 모듈을 밀봉했다. 각각의 공정에 있어서의 가열 온도와 처리 시간은 각각 라미네이터에서는 130℃에서 5분간, 어닐링 처리는 140℃에서 40분간 행했다.
상기와 같은 공정을 통해서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 모듈의 주위에 알루미늄제의 프레임체(30)를 배치하고, 외부에 전기를 인출하기 위해 단자 박스(8)를 설치해서 태양 전지 모듈(M)을 2대(MA와 MB) 완성했다. 태양 전지 모듈(M)이 생성하는 전기는 출력 케이블(81)을 통해서 인출될 수 있다.
(비교예)
비교예로서 배선 기판의 기재인 PET 필름의 TD 방향을 Y방향으로 하고, MD 방향을 기판 형상의 X방향으로 해서 반대 방향으로 하고, 그 밖의 조건은 실시예와 같은 조건으로 해서 태양 전지 모듈(Ma, Mb)이 2대 제작되었다.
실시예로서 제작한 태양 전지 모듈(MA, MB)과, 비교예로서 제작한 태양 전지 모듈(Ma, Mb)로 불량 모드의 발생의 유무와 불량 셀의 발생수의 확인 시험을 행했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다.
Figure pct00001
비교예에서 발생한 불량 원인은 비교예(Ma,Mb)의 2대도 12매 중 2매의 셀이 위치 벗어남에 의해 쇼트되어 있었던 것이었다. 실시예(MA, MB)의 2대는 위치 벗어남에 의한 불량은 발생하지 않고 문제없이 제작될 수 있고, 치수적 여유가 적고 설계 마진이 작은 방향을 기재 필름의 TD 방향으로 함으로써 열에 의한 수축의 영향을 받기 어려워지는 것이 확인되었다.
상기한 바와 같이, 배선 기판의 수지 기재를 태양 전지 셀의 전극 패턴과 배선 기판의 배선 패턴의 형상으로부터 설계 마진이 작은 방향을 상기 수지 기재의 열수축률이 작은 방향으로 하고, 배선 패턴의 복수의 배선이 병설되는 폭방향을 상기 수지 기재의 TD 방향으로 함으로써 비교적 단순하고 동일 패턴의 반복인 태양 전지 셀 접속의 배선 패턴 중에서 미세 피치로 배선되는 폭방향으로 수지 기재의 TD 방향을 채용하고, 패턴 마진을 크게 떨어지는 방향으로 수지 기재의 MD 방향을 채용하게 되어 열수축의 영향을 받지 않는 배선 패턴을 구축할 수 있다.
그 때문에, 본 발명에 의한 태양 전지 모듈은 열수축률이 충분히 낮지 않은 저렴한 각종 수지 재료로 이루어지는 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀을 접속하는 구성이어도 미세 피치에서의 전극 설계를 가능하게 하고, 높은 태양 전지 특성을 발휘하는 태양 전지 모듈이 된다.
또한, 본 발명에 의한 태양 전지 모듈의 제조 방법은 상기 구성의 태양 전지 모듈을 100℃이상 180℃이하의 열처리 공정 온도로 제조하므로 내열 온도가 낮은 저렴한 수지 재료를 이용해도 열수축에 의해 위치 벗어남을 방지할 수 있고, 불량품이 발생하지 않는 제조 방법이 된다.
그 때문에, 본 발명에 의하면, 수지 기재에 소정의 배선 패턴을 형성한 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀끼리를 전기 접속하는 태양 전지 모듈에 있어서, 배선 기판을 태양 전지 셀의 전극 패턴과 배선 기판의 배선 패턴의 형상으로부터 설계 마진이 작은 방향을 수지 기재의 열수축률이 작은 방향으로 함으로써 설계 마진이 적고 오차를 작게 억제할 필요가 있는 방향으로 기재의 열수축률이 작은 방향을 일치시켜서 열수축의 영향을 억제한 배선 패턴을 구축할 수 있고, 열수축률이 충분히 낮지 않은 각종 수지 재료로 작성되는 배선 기판을 구비한 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다. 또한, 이 태양 전지 모듈을 제조할 때의 열처리 공정의 온도를 100℃이상 180℃이하의 제조 방법으로 함으로써 내열 온도가 낮은 저렴한 수지 재료를 이용해도 열수축에 의해 위치 벗어남을 방지한 배선 기판을 구비하는 태양 전지 모듈을 제조할 수 있다.
본 발명에 의한 태양 전지 모듈은 열수축률이 충분히 낮지 않은 저렴한 각종 수지 재료를 이용해서 작성되는 배선 기판을 구비한 태양 전지 모듈이 되므로 대량생산이 요구되는 태양 전지 분야에 적절히 적용가능하다.
1: 실리콘 기판 2: 반사 방지 막
3: N+ 층 4: P+ 층
5: N 전극 6: P 전극
7: 패시베이션막 9: 접속 배선
10: 태양 전지 셀 20: 배선 기판
21: 배선 기판 30: 프레임체
H: 땜납 M: 태양 전지 모듈

Claims (7)

  1. 수지 기재에 소정의 배선 패턴을 형성한 배선 기판을 이용해서 태양 전지 셀끼리를 전기 접속하는 태양 전지 모듈로서:
    상기 배선 기판을 태양 전지 셀의 전극 패턴과 배선 기판의 배선 패턴의 형상으로부터 설계 마진이 작은 방향을 상기 수지 기재의 열수축률이 작은 방향으로 한 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 배선이 인접해서 병설되는 배선 패턴의 폭방향을 상기 수지 기재의 TD 방향으로 한 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수지 기재는 2축 연신 수지 필름인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 필름은 폴리에스테르계 필름인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 PET 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트PEN 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 태양 전지 모듈의 제조 방법으로서:
    열처리 공정의 온도를 100℃이상 180℃이하로 한 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    태양 전지 셀측의 전극과 배선 기판의 접속에 융점이 180℃이하의 땜납 또는 180℃이하에서 경화되는 도전성 접착제를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 제조 방법.
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