KR20140027426A - 태양 전지용 집전 시트 및 그것을 사용한 태양 전지 모듈 - Google Patents

태양 전지용 집전 시트 및 그것을 사용한 태양 전지 모듈 Download PDF

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다카유키 고마이
사토시 에모토
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다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
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Abstract

태양 전지 모듈에서의 내부 배선용의 태양 전지용 집전 시트이며, 발전 효율의 향상에 기여하는 태양 전지용 집전 시트를 제공한다. 이 태양 전지용 집전 시트(5)는, 태양 전지 모듈(1)에서의 내부 배선용으로서 태양 전지 소자(4)의 이면측에 배치되고, 수지 기재(53)의 표면에 형성되고, 금속을 포함하는 배선부(541)와 비배선부(542)를 포함하는 회로(54)와, 회로(54) 상에 형성되는 절연층(52)을 구비한다. 이 절연층(52)에 백색 안료를 함유시킴으로써, 태양 전지 소자(4)의 소자 주변에 배치되는 절연층(52)으로부터의 반사에 의한 태양 전지 소자(4)에의 광 도입을 증대시켜, 백 콘택트형 태양 전지 소자에 있어서도 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.

Description

태양 전지용 집전 시트 및 그것을 사용한 태양 전지 모듈 {COLLECTOR SHEET FOR SOLAR CELL, AND SOLAR CELL MODULE USING COLLECTOR SHEET FOR SOLAR CELL}
본 발명은 백 콘택트형 태양 전지 소자로부터 전기를 취출하기 위한 태양 전지용 집전 시트 및 그것을 사용한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 환경 문제에 대한 의식의 고조로부터 깨끗한 에너지원으로서의 태양 전지가 주목받고 있다. 일반적으로, 태양 전지를 구성하는 태양 전지 모듈은, 수광면측으로부터 투명 전방면 기판, 밀봉재, 태양 전지 소자, 밀봉재 및 이면 보호 시트가 순서대로 적층된 구성이며, 태양광이 상기 태양 전지 소자에 입사함으로써 발전하는 기능을 갖고 있다.
상기 태양 전지 모듈에 있어서는, 통상, 상기 이면 보호 시트를, 백색 안료를 포함하는 재료를 사용하여 형성한 백색 이면 보호 시트로 한다. 이렇게 함으로써, 상기 투명 전방면 기판으로부터 입사한 광 중 태양 전지 소자에서 흡수되지 않고 투과해 온 광을 반사하고, 다시 태양 전지 소자에 광을 흡수시킴으로써, 태양 전지 모듈의 발전 효율을 향상시킬 수 있다(특허문헌 1).
그런데, 태양 전지 소자는, 태양광을 수광하는 수광면과, 그 이측에 위치하는 비수광면을 포함하지만, 수광면에서의 태양광선의 수광 효율을 높이기 위하여, 수광면에는 전극을 배치하지 않고, 비수광면에 상이한 극성을 갖는 복수의 전극을 배치한 백 콘택트형 태양 전지 소자가 알려져 있다.
백 콘택트형 태양 전지 소자에는 여러 가지 방식이 있다. 수광면과 비수광면을 관통하는 복수의 스루홀을 갖는 반도체 기판을 구비하며, 비수광면에 극성이 상이한 복수의 전극이 설치된 메탈 램프 스루(MWT) 방식, 혹은 이미터 램프 스루(EWT) 방식의 태양 전지 소자가 있는 것 외에, 태양 전지 소자의 이면에, 빗 형상의 p형, n형의 확산층을 형성하고, 그 p, n 영역으로부터 전기를 취출하는 구조의 인터디지테이티드 백 콘택트(interdigitated back-contact, IBC) 방식 등, 스루홀을 갖지 않는 구조의 태양 전지 소자도 있다.
백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 있어서는, 백 콘택트형 태양 전지 소자로부터 전기를 취출하기 위하여, 통상, 회로가 되는 금속박을 기재인 수지 시트의 표면에 적층시킨 태양 전지용 집전 시트가 사용된다. 이 태양 전지용 집전 시트가 태양 전지 소자와 이면 보호 시트의 사이에 배치되기 때문에, 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 있어서는, 상기 투명 전방면 기판으로부터 입사한 광의 대부분은, 금속박을 적층시킨 태양 전지용 집전 시트에 차단되어 이면 보호 시트까지 도달하는 일은 없다.
따라서, 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 있어서는, 그 구조상, 입사한 광을 이면 보호 시트에서 반사하여, 태양 전지 모듈의 발전 효율을 향상시키는 것은 불가능하다. 그러나, 태양 전지 모듈의 발전 효율 향상에 대한 요구는 더 강해져 오고 있으며, 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 있어서도 발전 효율의 향상이 요구되고 있다.
일본 특허 공개 제2007-177136호 공보
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 그 목적은 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 있어서, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양 전지용 집전 시트, 및 그러한 태양 전지용 집전 시트를 사용한 태양 전지 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 백 콘택트형 태양 전지 소자용의 태양 전지용 집전 시트에 있어서, 금속 등을 포함하는 회로 상에 형성되는 절연층의 일부 또는 모든 층을, 백색 안료를 포함하는 백색층으로 함으로써, 상기 과제가 해결되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.
(1) 본 발명은 태양 전지 모듈에서의 내부 배선용으로서 태양 전지 소자의 이면측에 배치되고, 수지 기재의 표면에 형성되고, 금속을 포함하는 배선부와 비배선부를 포함하는 회로와, 상기 회로 상에 형성되는 절연층을 구비하며, 상기 절연층은 백색 안료를 포함하는 백색층을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 집전 시트이다.
(2) 또한, 본 발명은 상기 백색 안료의 입경이 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 (1)에 기재된 태양 전지용 집전 시트이다.
(3) 또한, 본 발명은 상기 절연층의 파장 450nm에서부터 800nm의 광의 반사율이 65％ 이상이고, 또한 파장 800nm에서부터 1100nm의 광의 반사율이 75％ 이상인 (1) 또는 (2) 중 어느 하나에 기재된 태양 전지용 집전 시트이다.
(4) 또한, 본 발명은 상기 절연층의 두께가 18㎛ 이상 25㎛ 이하인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 태양 전지용 집전 시트이다.
(5) 또한, 본 발명은 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 태양 전지용 집전 시트와, 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈이다.
본 발명에 따르면, 태양 전지 모듈 내에 있어서 태양 전지 소자의 바로 아래에 적층되는 태양 전지용 집전 시트의 절연층에서 태양광선을 반사하기 때문에, 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 있어서도, 태양광선을 효율적으로 반사하여 태양 전지 모듈의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 대하여, 그 층 구성의 일례를 예시하는 단면의 모식도이다.
도 2는 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 입사하는 태양광에 대하여, 모듈 내에서의 진행, 반사의 경로를 모식적으로 도시한, 태양 전지 모듈의 단면의 부분 확대도이다.
도 3은 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 대하여, 그 층 구성의 일례를 예시하는 단면의 모식도이다.
도 4는 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4의 파장 250nm에서부터 1200nm의 광의 반사율(％)을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 태양 전지용 집전 시트의 일 실시 형태, 및 그것을 사용한 태양 전지 모듈의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하에 기재되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
<태양 전지용 집전 시트>
도 1, 도 2를 참조하면서, 본 발명의 태양 전지용 집전 시트에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 태양 전지용 집전 시트(5)는 배면 밀봉재층(51)과 절연층(52)과 수지 기재(53)와 회로(54)를 구비한다. 배면 밀봉재층(51)은 본 발명의 필수적인 구성 요소는 아니지만, 이하, 일 실시 형태로서 배면 밀봉재층(51)을 구비하는 태양 전지용 집전 시트에 대하여 설명한다.
태양 전지용 집전 시트(5)에 있어서는, 수지 기재(53)의 표면에, 예를 들어 구리 등의 금속을 포함하는 배선부(541)와, 비배선부(542)를 포함하는 회로(54)가 형성되어 있다. 그리고, 회로(54)를 덮어 절연층(52)이 형성된다. 절연층(52)의 표면 절연층(52)의 상면에 배면 밀봉재층(51)이 형성되어 있다. 또한, 배면 밀봉재층(51)의 상부 표면부터, 절연층(52)을 통과하여 회로(54)의 상부 표면까지 관통하는 도통 오목부(7)가 형성되어 있다.
<절연층>
이어서, 본 발명의 태양 전지용 집전 시트에 형성되는 절연층에 대하여 설명한다. 종래부터 백 콘택트형 태양 전지 소자용의 태양 전지용 집전 시트에 있어서는, 전극 간의 단락을 방지하기 위하여 회로 상에 절연층이 형성되는 경우가 일반적이다. 또한, 당해 절연층은 각종 절연성 잉크를 경화시킨 것인 경우가 많으며, 그 색에 대해서는 투명 혹은 반투명한 것이 일반적이다. 본 발명의 태양 전지용 집전 시트에 있어서는, 당해 절연층에 착색하여 백색층으로 함으로써, 단락의 방지라고 하는 종래의 효과 외에, 태양광을 반사하여 발전 효율을 향상시키는 기능을 당해 절연층에 갖게 한 것이 특징이 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양 전지 모듈(1)에 있어서는, 절연층(52)은, 태양 전지 모듈(1)의 평면에서 보아, 태양 전지 소자가 배치되어 있지 않은 영역인 소자 주변 영역(P)에도 배치되게 된다. 이로 인해, 태양 전지 소자(4)에 흡수되지 않은 태양광은, 태양 전지용 집전 시트(5)의 소자 주변 영역(P)에서의 절연층(52)의 표면에서 반사되고, 반사된 태양광은 또한 투명 전방면 기판(2)에서 반사되어 태양 전지 소자(4)에 흡수된다.
절연층(52)을 형성하기 위한 절연제로서는, 종래 공지의 절연재, 예를 들어 에폭시-페놀계 잉크 등의 열경화성 절연 잉크, 혹은 아크릴계 등의 자외선 경화형 절연 코트제 등을 사용할 수 있다.
절연층(52)에 착색하여 백색층으로 하기 위해서는, 절연층의 형성 전에, 상기 절연제에 백색 안료를 첨가한다. 백색 안료의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 산화티타늄, 산화아연 등의 종래 공지된 백색 안료를 사용할 수 있다. 일반적으로 백색층은 가시광선의 영역에 있는 태양광에 대하여 효율적으로 반사하기 때문에, 절연층을 백색층으로 함으로써 태양 전지 모듈의 발전 효율 향상에 기여할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 절연재에 첨가하는 백색 안료는, 입경이 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 백색 안료의 입경이 상기 범위에 있으면, 당해 백색층은 가시광선의 영역 외에 근적외선도 효율적으로 반사하기 때문에, 태양 전지 모듈의 발전 효율 향상에 더 크게 기여할 수 있다.
입경은, 닛본 덴시사제의 투과형 전자 현미경(JEM-1230)을 사용하여 백색 안료의 1차 입자 직경을 사진으로 촬영한 후, 그 화상을 마운테크사제의 화상 해석식 입도 분포 측정 소프트웨어(MAC-View Ver.3)로 통계 처리를 행하여 산출하여 얻어지는 값을 채용한다. 입경의 산출에 있어서는 체적 기준의 원 상당 직경을 채용한다.
본 발명에 있어서는, 절연재에 첨가하는 백색 안료는, 입경이 0.8㎛ 이상 1.2㎛ 이하인 백색 안료의 입자가, 전체 백색 안료 입자 중의 80질량％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 백색층의 근적외선 반사 효과가 높아지기 때문이다.
또한, 파장이 750nm 이하인 가시광선 영역의 광을 효율적으로 반사하기 위하여, 입경이 0.2㎛ 이상 0.6㎛ 이하인 백색 안료의 입자가, 전체 백색 안료 입자 중의 60질량％ 이상인 백색 안료를, 전체 백색 안료 중에 10질량％ 이상 20질량％ 이하 함유하는 것이 바람직하다.
입경이 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 백색 안료의 대표예는 산화티타늄이며, 본 발명에 있어서도 백색 안료로서 산화티타늄을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 산화티타늄에는 표면 처리된 산화티타늄도 포함된다. 예를 들어, 산화티타늄의 경우, 그 제조는 이하와 같이 하여 행할 수 있다.
함수 산화티타늄을 원료로 하고, 여기에 산화티타늄분에 대하여 산화알루미늄 환산으로 0.1질량％ 이상 0.5질량％ 이하의 알루미늄 화합물과 탄산칼륨 환산으로 0.1질량％ 이상 0.5질량％ 이하의 칼륨 화합물, 및 산화아연 환산으로 0.2질량％ 이상 1.0질량％ 이하의 아연 화합물을 첨가하고, 건조, 배소함으로써 제조할 수 있다. 이하, 상기 제조에 사용하는 각 재료에 대하여 간단하게 설명하고, 보다 구체적인 제조 방법에 대하여 설명한다.
원료로서 사용되는 함수 산화티타늄은, 일메나이트나 루틸 등의 티타늄 함유 광석을 황산이나 염산으로 처리하여 불순물을 제거한 후, 물을 첨가하거나 산화하거나 함으로써 형성시킬 수 있다. 또한, 티타늄알콕시드의 가수분해에 의해서도 형성시킬 수 있다. 본 발명에서는 산화티타늄의 공업적 제법으로서 알려져 있는 황산법에 있어서 중간 생성물로서 취출되는 메타티타늄산이 바람직하다.
함수 산화티타늄에 첨가하는 알루미늄 화합물의 종류에 대해서는, 최종적으로 얻어지는 산화티타늄의, 본 발명이 목적으로 하고 있는 특성에 악영향을 초래하지 않는 화합물이면 전혀 제한은 없지만, 산화물이나 함수 산화물 이외에서는 수용성 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 황산알루미늄, 염화알루미늄 등이 바람직하다. 알루미늄 화합물의 첨가량에 대해서는 산화티타늄분에 대하여 산화알루미늄 환산으로 0.1질량％ 이상 0.5질량％ 이하가 바람직하다.
함수 산화티타늄에 첨가하는 칼륨 화합물의 종류에 대해서도, 알루미늄 화합물의 경우와 마찬가지로 전혀 제한은 없지만, 구체적으로는 수산화칼륨, 염화칼륨 등이 바람직하다. 칼륨 화합물의 첨가량에 대해서는 산화티타늄분에 대하여 탄산칼륨 환산으로 0.2질량％ 이상 0.5질량％ 이하가 바람직하다. 칼륨 화합물의 비존재하 및 흔적량의 존재하에서는, 입자끼리의 용융이 심해져 1차 입자 직경까지 분산시키는 것이 곤란해지기 때문에, 근적외선을 반사하기 어려워진다. 반대로 과잉으로 첨가하면, 배소에 의해 얻어지는 산화티타늄 입자의 형상이 막대 형상이 되어 버려 근적외선 반사 효과가 저하된다. 또한, 최적의 입자 직경에서의 루틸화율이 저하된다.
함수 산화티타늄에 첨가하는 아연 화합물의 종류에 대해서도, 상기 다른 금속 성분과 마찬가지로 전혀 제약은 없지만, 구체적으로는 산화아연, 황산아연, 염화아연 등이 바람직하다. 아연 화합물의 첨가량에 대해서는, 산화티타늄분에 대하여 산화아연 환산으로 0.2질량％ 이상 1.0질량％ 이하가 바람직하다. 아연 화합물의 비존재하 및 흔적량의 존재하에서는, 배소 후의 산화티타늄 입자의 형상이 막대 형상이 되기 때문에, 근적외선 반사 효과가 저하된다. 또한, 입자 성장에 높은 배소 온도가 필요하게 되어, 결과적으로 입자끼리의 용융이 심해져 1차 입자 직경까지 분산시키는 것이 곤란해지기 때문에, 근적외선 반사 효과가 저하된다. 또한, 아연 화합물은 용이하게 산화티타늄과 반응하여 티타늄산아연을 생성한다. 티타늄산아연은 산화티타늄과 비교하여 굴절률이 낮다. 그로 인해, 아연량이 늘어나면, 적외선 반사 효과는 저하되어 가므로 과잉의 첨가량은 바람직하지 않다.
구체적으로는, 예를 들어 이하와 같이 하여 입경이 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하인 산화티타늄을 제조할 수 있다.
상기 금속 성분의 함수 산화티타늄에의 첨가 방법으로서는, 건식에 의한 물리 혼합, 슬러리 중에의 습식 혼합 등이 있지만, 첨가 금속 성분을 산화티타늄 입자의 각각에 충분히 분산할 수 있도록 습식 분산을 행하는 쪽이 바람직하다. 특히 공업적 제조에서의 중간 생성물로서 얻어지는, 불순물 제거를 행한 후의 함수 산화티타늄 케이크를 필요에 따라 물 등의 매체 중에 분산시키고, 여기에 상기 첨가 성분을 함유하는 화합물을 첨가하여 충분히 교반하면 된다.
상술한 알루미늄, 칼륨, 아연의 금속 성분을 함수 산화티타늄에 혼합한 후, 건조기로 건조한다. 이때, 산화티타늄(TiO2)분이 전체 질량의 50％ 이상 65％ 이하가 되도록 건조한다.
상기 함수 산화티타늄의 건조 후, 배소하는 데 있어서는, 안료용 산화티타늄을 통상적으로 배소하는 정도의 온도 범위인 900℃ 이상 1100℃ 이하의 배소 온도로 처리를 행한다. 이 온도 영역으로부터 저온측으로 시프트한 경우에는, 1차 입자 직경이 충분히 성장하지 않아 목적으로 하는 근적외선 반사 효과의 저하를 초래하게 된다. 반대로 고온측으로 시프트한 경우에는, 입자끼리 과잉의 소결이 일어나 버려 분쇄성이 저하되어 결과적으로 근적외선 반사 효과의 저하를 초래하게 된다.
백색의 절연층(52)의 두께(배선부(541)의 상면부터 배면 밀봉재층(51)의 하면까지의 두께를 절연층의 두께라고 함)는 12㎛ 이상 내지 25㎛ 이하가 바람직하고, 18㎛ 이상 내지 25㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 12㎛ 미만이면 절연성이 불충분해지므로 바람직하지 않고, 18㎛ 미만인 경우에는 가시광선 영역에서의 반사율이 18㎛ 이상인 경우와 비교하여 저하되기 때문에, 18㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 25㎛를 초과하여도 그 이상의 절연 효과 및 반사 효과가 얻어지지 않으며, 오히려 도통 오목부(7)의 패턴 형성이 곤란해지고, 또한 비경제적이므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에 있어서는, 절연층(52)의 층 전체에 백색 안료를 함유시켜도 되고, 일부 층에만 백색 안료를 함유시켜도 된다. 일부 층, 예를 들어 중간층에만 함유시킴으로써, 다른 접착성 등이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
<태양 전지용 집전 시트의 그 밖의 구성 요소>
배면 밀봉재층(51)은, 태양 전지 모듈(1)에서의 태양 전지 소자(4)의 위치를 고정하고, 또한 태양 전지 소자에 대한 외부로부터의 충격을 완화하기 위하여 형성된다. 배면 밀봉재층(51)은, 절연층(52) 상에 도통 오목부(7)가 차지하는 장소를 제외하고 형성된다. 또한, 본 발명에 있어서 배면 밀봉재층(51)은 반드시 필수는 아니다.
배면 밀봉재층(51)을 형성하는 밀봉재로서는, 종래 공지의 태양 전지 모듈에 사용되는 밀봉재가 적용 가능하며, 예를 들어 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 수지(EVA), 아이오노머, 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리에틸렌 등의 올레핀계 밀봉재 등을 사용할 수 있다.
배면 밀봉재층(51)의 두께는 100㎛ 이상 내지 600㎛ 이하가 바람직하다. 100㎛ 미만이면 충분히 충격을 완화할 수 없고, 600㎛를 초과하여도 그 이상의 효과가 얻어지지 않으며, 오히려 도통 오목부(7)의 패턴 형성이 곤란해지고, 또한 비경제적이므로 바람직하지 않다. 또한, 본 발명의 태양 전지용 집전 시트에 있어서는, 배면 밀봉재층(51)은 절연층(52)에 침입하는 광 및 절연층(52)에서 반사되는 광을 가능한 한 많이 투과시킬 필요가 있기 때문에, 광선 투과율이 높은 무색 투명의 층, 혹은 그것에 가까운 색의 층인 것이 바람직하다.
수지 기재(53)는 시트 형상으로 성형된 수지이다. 수지 기재(53)를 구성하는 수지로서는, 예를 들어 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 환상 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리염화비닐계 수지, 불소계 수지, 폴리(메트)아크릴계 수지, 폴리카르보네이트계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 각종 나일론 등의 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드이미드계 수지, 폴리아릴프탈레이트계 수지, 실리콘계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리페닐렌술피드계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아세탈계 수지, 셀룰로오스계 등이 예시된다.
수지 기재(53)의 두께는, 태양 전지용 집전 시트(5)에 요구되는 강도나 두께 등에 따라 적절하게 설정하면 된다. 수지 기재(53)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 일례로서 20 내지 250㎛를 들 수 있다.
회로(54)는, 원하는 배선 형상이 되도록 태양 전지용 집전 시트(5)의 표면에 형성된 전기 배선이다. 회로(54)의 배선부(541)는, 예를 들어 구리 등의 금속을 포함하는 층이다. 회로(54)를 수지 기재(53)의 표면에 형성하기 위해서는, 수지 기재(53)의 표면에 구리박을 접합시키고, 그 후 에칭 처리 등에 의해 그 구리박을 패터닝하는 방법이 예시된다.
회로(54)의 두께는, 태양 전지용 집전 시트(5)에 요구되는 내전류의 크기 등에 따라 적절하게 설정하면 된다. 회로(54)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 일례로서 10 내지 50㎛를 들 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 도통 오목부(7)는, 태양 전지 모듈(1)에 있어서, 태양 전지 소자(4)의 전극(41)의 바로 아래 위치가 되도록 형성된다. 도통 오목부(7)는, 배면 밀봉재층(51)의 상면부부터 절연층(52)을 통과하여 배선부(541)의 상면까지 관통하는 구멍이다.
<태양 전지용 집전 시트의 제조 방법>
본 실시 형태의 태양 전지용 집전 시트(5)의 제조 방법에서는, 우선 수지 기재(53)의 표면에, 구리 등의 금속을 포함하는 도전층이 적층된 적층 시트가 사용된다. 이 적층 시트에 대하여, 에칭 공정 및 박리 공정을 실시함으로써, 태양 전지용 집전 시트(5) 상에 회로(54)가 형성된다. 또한, 회로(54)가 형성된 적층 시트에 대하여, 절연 코팅 공정을 실시함으로써, 회로(54) 상에 절연층(52)이 형성되고, 그리고 절연층(52)에 적층하는 형태로 밀봉재층 적층 공정을 실시함으로써, 절연층(52) 상에 배면 밀봉재층(51)이 형성된다. 이하, 에칭 공정, 박리 공정, 절연 코팅 및 밀봉재층 적층 공정에 대하여 설명한다.
[에칭 공정]
우선, 에칭 공정에 대하여 설명한다. 이 공정은 원하는 회로(54)의 형상으로 패터닝된 에칭 마스크(도시하지 않음)를 상기 적층 시트의 표면에 제작한 후에 에칭 처리를 행함으로써, 에칭 마스크에 덮여져 있지 않은 부분에서의 도전층을 제거하는 공정이다.
이미 설명한 바와 같이, 이 공정에서 사용되는 적층 시트는, 수지 기재(53)의 표면에 구리 등의 금속을 포함하는 도전층이 형성된 것이다. 수지 기재(53)의 표면에 구리 등의 금속을 포함하는 도전층을 형성시키는 방법에 대해서는, 구리박을 접착제에 의해 수지 기재(53)의 표면에 접착하는 방법, 수지 기재(53)의 표면에 구리박을 증착시키는 방법 등이 예시되지만, 비용면에서는 구리박을 접착제에 의해 수지 기재(53)의 표면에 접착하는 방법이 유리하다. 그 중에서도 우레탄계, 폴리카르보네이트계, 에폭시계 등의 접착제를 사용한 드라이 라미네이트법에 의해 구리박을 수지 기재(53)의 표면에 접착하는 방법이 바람직하다.
이 공정에서는, 우선, 상기 적층 시트의 표면(즉, 상기 도전층의 표면)에 원하는 배선부(541)의 형상으로 패터닝된 에칭 마스크(도시하지 않음)가 제작된다. 에칭 마스크는, 에칭 공정에 있어서, 장래 배선부(541)가 되는 도전층이 침지액에 의해 부식되는 것을 면하기 위하여 설치된다. 이러한 에칭 마스크를 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 포토레지스트 또는 드라이 필름을 포토마스크를 개재하여 감광시킨 후에 현상함으로써 적층 시트의 표면에 에칭 마스크를 형성하여도 되고, 잉크젯 프린터 등의 인쇄 기술에 의해 적층 시트의 표면에 에칭 마스크를 형성하여도 된다. 에칭 마스크는, 나중에 설명하는 박리 공정에 있어서, 알칼리성 박리액으로 박리할 수 있는 것이 필요하다. 이러한 관점에서는 포토레지스트 또는 드라이 필름을 사용하여 에칭 마스크를 제작하는 것이 바람직하다.
이어서, 에칭 공정에서의 에칭 처리에 대하여 설명한다. 이 처리는 에칭 마스크에 덮여져 있지 않은 부분에서의 도전층을 침지액에 의해 제거하는 처리이다. 이 처리를 거침으로써, 도전층 중 배선부(541)가 되는 부분 이외의 부분이 제거되므로, 수지 기재(53)의 표면에는 목적으로 하는 배선부(541)의 형상으로 도전층이 남게 된다.
[박리 공정]
이어서, 박리 공정에서 알칼리성 박리액을 사용하여 에칭 마스크를 제거한다. 이 공정을 거침으로써, 에칭 마스크가 배선부(541)의 표면으로부터 제거된다. 박리 공정에서 사용되는 알칼리성 박리액으로서는, 예를 들어 소정 농도의 가성 소다의 수용액을 들 수 있다.
[절연 코팅 공정]
이어서, 태양 전지용 집전 시트(5)의 회로(54) 상에 백색의 절연층(52)을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 절연성 잉크를 주성분으로 하고, 이것에 백색 안료를 첨가하고, 또한 필요하면 자외선 흡수제, 가소제, 광안정제, 산화 방지제, 대전 방지제, 가교제, 경화제, 밀봉제, 활제, 강화제, 보강제, 난연제, 내염제, 발포제, 곰팡이 방지제, 안료ㆍ염료 등의 착색제, 그 밖의 첨가제 중 1종 내지 2종 이상을 임의로 첨가하고, 또한 필요에 따라 용제, 희석제 등을 첨가하여 충분히 혼련하여 잉크 조성물을 제조한다. 상기 절연성 잉크로서는, 상술한 바와 같이, 열경화형 절연성 잉크, 자외선 경화형 절연 코트제 등, 종래 공지의 것을 사용할 수 있다. 상기에서 제조한 잉크 조성물을 사용하고, 이것을 회로(54)의 배선부(541) 및 비배선부(222) 중 도통 오목부(7)를 제외한 부분을 덮어 도포 내지 인쇄하여 백색의 절연층을 형성할 수 있다.
백색의 절연층을 형성하는 경우, 예를 들어 이하의 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 우선, 고형분비가 20％ 이상 50％ 이하인 잉크 조성물을 제조한다. 여기서, 전체 고형분에 대하여, 백색 안료를 10질량％ 이상 100질량％ 이하로 배합한다. 계속해서, 이 잉크 조성물을 회로(54)의 배선부(541) 및 비배선부(222) 중 도통 오목부(7)를 제외한 부분에 도포한다. 도포량은 5g/m2 이상 40g/m2 이하로 한다. 열경화형 절연성 잉크를 절연성 잉크로서 사용한 경우에는, 태양 전지 모듈을 제조할 때의 가열 압착의 열에 의해, 상기 잉크 조성물을 경화시켜 백색의 절연층을 형성한다. 자외선 경화형 절연 코트제를 절연성 잉크로서 사용한 경우에는, 자외선의 조사에 의해 상기 잉크 조성물을 경화시켜 백색의 절연층을 형성한다.
[밀봉재 적층 공정]
배면 밀봉재층(51)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 밀봉재를 시트 형상으로 형성한 후, 도통 오목부(7)를 형성하는 위치에 미리 펀칭 등으로 관통 구멍을 형성하고, 그 후에 절연층(52)에 의해 형성된 오목부와 관통 구멍이 겹치도록 적층함으로써 회로(54) 상에 관통되는 도통 오목부(7)를 형성할 수 있다.
<태양 전지용 집전 시트의 다른 실시 형태>
태양 전지용 집전 시트(5)는, 후술하는 바와 같이, 태양 전지 소자(4) 외에, 다른 부재와 일체화하는 공정을 거쳐 태양 전지 모듈(1)이 되지만, 그 공정에 앞서 수지 기재(53)의 이면측에 미리 다른, 불소계 수지 필름인 ETFE, 내가수분해 PET 등의 이면 보호 시트(6)를 일체화함으로써, 태양 전지 모듈(1)의 제조에 사용하는 이면 보호 시트 일체화 시트로 하는 것도 가능하다. 이면 보호 시트 일체화 시트를 작성하기 위해서는, 수지 기재(53)의 이면측에 이면 보호 시트(6)를 드라이 라미네이션법 등에 의해 적층한다.
<태양 전지 모듈>
이어서, 본 발명의 태양 전지용 집전 시트가 사용되는 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈에 대하여 설명한다. 도 1은 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는 태양 전지 모듈(1)에 대하여, 그 층 구성의 일례를 예시하는 단면의 모식도이다. 태양 전지 모듈(1)은, 입사광(8)의 수광면측으로부터 유리 등을 포함하는 투명 전방면 기판(2), 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 수지(EVA), 아이오노머, 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리에틸렌 등을 포함하는 전방면 밀봉재층(3), 태양 전지 소자(4), 배면 밀봉재층(51)과 절연층(52)과 수지 기재(53) 등을 포함하는 태양 전지용 집전 시트(5), 불소계 수지 필름인 ETFE, 내가수분해 PET 등을 포함하는 이면 보호 시트(6)가 순서대로 적층된 구성이다. 전극(41)으로부터 취출된 전기는, 도통 오목부(7) 내의 도전성 재료를 통하여 대응하는 배선부(541)에 전도된다.
<태양 전지 모듈의 제조 방법>
태양 전지 모듈(1)을 제조하기 위해서는, 태양 전지용 집전 시트(5), 태양 전지 소자(4) 및 다른 부재의 일체화 공정 전에, 우선 태양 전지용 집전 시트(5)의 도통 오목부(7)에 도전성 재료를 충전한다. 이 도전성 재료는, 예를 들어 땜납 등의 도전성 재료를 예시할 수 있다. 이에 의해, 도통 오목부(7)는, 배선부(541)가 저면에서 노출되도록 형성되어 있기 때문에, 도전성 재료와 배선부(541)가 도통된다.
다음에 투명 전방면 기판(2), 전방면 밀봉재층(3), 태양 전지 소자(4), 배면 밀봉재층(51)과 절연층(52)과 수지 기재(53) 등을 포함하는 태양 전지용 집전 시트(5), 이면 보호 시트(6)를 적층하여 일체화한다. 이 일체화 방법으로서는 진공 열 라미네이트 가공에 의해 일체화하는 방법을 들 수 있다. 상기 방법을 이용하였을 때의 라미네이트 온도는 130℃ 내지 190℃의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 라미네이트 시간은 5 내지 60분의 범위 내가 바람직하고, 특히 8 내지 40분의 범위 내가 바람직하다. 또한, 본 발명의 태양 전지 모듈에 있어서는, 투명 전방면 기판(2), 전방면 밀봉재층(3) 및 배면 밀봉재층(51)은, 절연층(52)에 침입하는 광 및 절연층(52)에서 반사되는 광을 가능한 한 많이 투과시킬 필요가 있기 때문에, 광선 투과율이 높은 무색 투명의 층, 혹은 그에 가까운 색의 층인 것이 바람직하다.
이 일체화 과정에 있어서, 태양 전지용 집전 시트(5)의 수지 기재(53)는, 태양 전지 모듈로서 다른 부재와 견고하게 일체화된다. 그리고, 태양 전지 모듈(1)의 평면에서 보아, 태양 전지 소자가 배치되어 있지 않은 영역인 소자 주변 영역(P)에 본 발명의 절연층(52)이 배치되게 된다.
또한, 이 실시 형태에 있어서는, 배면 밀봉재층(51)을 구비하는 태양 전지용 집전 시트에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 태양 전지용 집전 시트에 있어서는, 배면 밀봉재층(51)은 필수적인 구성 요소가 아니기 때문에, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 태양 전지용 집전 시트(5)는, 배면 밀봉재층을 구비하지 않고 절연층(52) 상에 직접 태양 전지 소자(4)가 배치되는 구성이어도 된다. 이러한 태양 전지용 집전 시트도 당연히 본 발명의 범위 내이다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
이하에 나타내는 방법으로 막 두께 20㎛의 백색의 절연층을 갖는 태양 전지용 집전 시트의 샘플을 제작하였다.
우선, 입경 1㎛의 산화티타늄이 20질량％, 시판 중인 아크릴계 자외선 경화형 절연 코트제가 80질량％의 배분이 되도록 혼합하여 백색 절연성 잉크 조성물을 제조하였다.
이어서, 두께 100㎛의 PET 필름의 표면에, 드라이 라미네이트법에 의해 두께 35㎛의 구리박을 접착하여 이루어지는 접합체를 형성하였다.
상기 접합체의 구리박면 상에, 스크린 인쇄에 의해, 상기 백색 절연성 잉크 조성물을 도포 막 두께 20㎛가 되도록 도포하여, 실시예 1의 태양 전지용 집전 시트의 샘플을 형성하였다.
<실시예 2>
이하에 나타내는 방법으로 막 두께 13㎛의 백색의 절연층을 갖는 태양 전지용 집전 시트의 샘플을 제작하였다.
우선, 실시예 1과 동일한 조성의 백색 안료를 제조하고, 이어서 실시예 1과 동일한 조성의 백색 절연성 잉크 조성물을 제조하고, 이어서 실시예 1과 동일한 접합체를 형성하였다.
상기 접합체의 구리박면 상에, 스크린 인쇄에 의해, 상기 백색 절연성 잉크 조성물을 도포 막 두께 13㎛가 되도록 도포하여, 실시예 2의 태양 전지용 집전 시트의 샘플을 형성하였다.
<비교예 1>
종래 공지의 태양 전지용 집전 시트에서와 같이 절연층이 투명한 경우에는, 태양광은 절연층을 투과하여 주로 회로 상의 구리박면에서 반사되는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 그러한 경우와의 비교를 위하여, 두께 100㎛의 PET 필름의 표면에, 드라이 라미네이트법에 의해 두께 35㎛의 구리박을 접착하여 이루어지는 접합체를, 투명 절연층을 갖는 태양 전지용 집전 시트의 샘플로서 제작하였다.
<비교예 2>
본 발명의 태양 전지용 집전 시트의 절연층에서의 반사율 향상에 대한 구리박면의 기여를 검증하기 위하여, 스크린 인쇄에 의해, 두께 50㎛의 ETFE 필름의 표면에 상기 백색 절연성 잉크 조성물을 도포 막 두께 20㎛가 되도록 도포하여, 막 두께 20㎛의 백색의 절연층을 갖는 태양 전지용 집전 시트의 샘플(구리박면 없음)을 제작하였다.
<비교예 3>
이하에 나타내는 방법으로 흑색의 절연층을 갖는 태양 전지용 집전 시트의 샘플을 제작하였다.
우선, 카본 블랙이 10질량％, 시판 중인 아크릴계 자외선 경화형 절연 코트제가 90질량％의 배분이 되도록 혼합하여 흑색 절연성 잉크 조성물을 제조하였다.
이어서, 실시예 1과 동일한 접합체를 형성하고, 당해 접합체의 구리박면 상에, 스크린 인쇄에 의해, 상기 흑색 절연성 잉크 조성물을 도포 막 두께 20㎛가 되도록 도포하여, 흑색의 절연층을 갖는 태양 전지용 집전 시트의 샘플을 형성하였다.
<비교예 4>
종래 공지의 태양 전지 모듈의 일 형태로서, 이면 보호 시트를 백색으로 하여 태양광을 반사시켜 발전 효율의 향상을 도모하는 것이 있다. 따라서, 50㎛의 산화티타늄 첨가 백색 PET 필름(도레이제, 「E20F」)을 백색의 이면 보호 시트의 샘플로 하였다.
<평가예>
분광 광도계(시마즈 세이사꾸쇼제, 「UV-3100」)를 사용하여, 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에 광을 입사하였을 때의 파장 250nm에서부터 1200nm의 광의 반사율(％)을 평가하였다. 실시예 1, 2, 비교예 2, 3에 대해서는 샘플의 절연층측에 광을 입사하고, 비교예 1에 대해서는 샘플의 구리박면측에 광을 입사하였다. 평가 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서의 실시예 1, 2의 평가 결과로부터, 본 발명의 백색의 절연층을 구비하는 태양 전지용 집전 시트는, 가시광선 영역의 거의 전체 범위(파장이 450nm 내지 800nm의 범위)에서 반사율이 65％ 이상이고, 또한 근적외선 영역 중의 소정의 영역(파장이 800nm 내지 1100nm의 범위)에 있어서 반사율이 75％ 이상이며, 이들 범위에 있어서 반사율이 높은 것이 확인되었다. 아몰퍼스형, 다결정형, 단결정형 등, 태양 전지 소자의 종류에 따라 그 폭은 약간 상이하지만, 일반적으로 태양 전지 소자는 500nm 내지 1100nm의 파장의 광에 대하여 높은 분광 감도를 갖고 있다. 이로부터 본 발명의 백색의 절연층을 구비하는 태양 전지용 집전 시트는, 발전 효율의 향상에 충분히 기여할 수 있는 것을 알 수 있다.
실시예 1과 실시예 2의 대비로부터, 본 발명의 백색의 절연층을 구비하는 태양 전지용 집전 시트에 있어서는, 절연층의 두께가 일정값보다 얇으면, 주로 가시광선의 영역에 있어서 반사율이 약간 저하되는 것이 확인되었다. 이것은 절연층이 얇으면, 가시광선 영역에서의 구리박면의 반사율이 상대적으로 낮은 영향을 보다 강하게 받기 때문이라고 생각된다. 이로부터 절연층의 두께는 18㎛ 이상인 것이 보다 바람직한 것을 알 수 있다.
비교예 1과의 대비로부터, 본 발명의 백색의 절연층을 구비하는 태양 전지용 집전 시트는, 종래의 투명한 절연층을 구비하는 태양 전지용 집전 시트를 적층한 태양 전지 모듈에 있어서 회로 상의 구리박면에서 광을 반사하는 경우와 비교하여, 주로 가시광선의 영역에 있어서는 명백하게 보다 높은 반사율을 갖고, 근적외선 영역에 있어서도 거의 동등하거나 그 이상의 반사율을 갖는 것이 확인되었다.
비교예 2에 있어서는, 근적외선 영역에 있어서 반사율이 점감하여, 실시예 1, 2보다 반사율이 상대적으로 낮게 되어 있다. 이로부터 본 발명의 백색의 절연층을 구비하는 태양 전지용 집전 시트의 반사율의 향상에는, 특히 근적외선 영역에 있어서는 구리박면의 높은 반사율도 기여하고 있는 것이 확인되었다.
비교예 4와의 대비로부터, 본 발명의 백색의 절연층을 구비하는 태양 전지용 집전 시트는, 종래의 백 콘택트형이 아닌 태양 전지 소자를 갖는 태양 전지 모듈에 있어서, 백색의 PET 필름을 포함하는 이면 보호 시트에 의해 광을 반사하는 경우와 비교하여도 거의 동등한 높은 반사율을 갖는 것이 확인되었다.
이들 결과는, 본 발명의 태양 전지용 집전 시트를 사용하여 태양 전지 모듈을 제작한 경우에, 금속을 포함하는 회로 상에 형성된 백색의 절연층에서의 태양광의 반사에 의해 태양 전지 모듈의 발전 효율이 향상되는 것을 의미한다.
1: 태양 전지 모듈
2: 투명 전방면 기판
3: 전방면 밀봉재층
4: 태양 전지 소자
5: 태양 전지용 집전 시트
51: 배면 밀봉재층
52: 절연층
53: 수지 기재
54: 회로
6: 이면 보호 시트
7: 도통 오목부

Claims (5)

  1. 태양 전지 모듈에서의 내부 배선용으로서 백 콘택트형 태양 전지 소자의 이면측에 배치되고,
    수지 기재의 표면에 형성되고, 금속을 포함하는 배선부와 비배선부를 포함하는 회로와,
    상기 회로 상에 형성되는 절연층을 구비하고,
    상기 절연층은 백색 안료를 포함하는 백색층을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 집전 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 백색 안료의 입경이 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하인, 태양 전지용 집전 시트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연층의 파장 450nm로부터 800nm의 광의 반사율이 65％ 이상이고, 또한 파장 800nm로부터 1100nm의 광의 반사율이 75％ 이상인, 태양 전지용 집전 시트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층의 두께가 18㎛ 이상 25㎛ 이하인, 태양 전지용 집전 시트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 태양 전지용 집전 시트와, 백 콘택트형 태양 전지 소자를 구비하는, 태양 전지 모듈.
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