JP5879514B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

一般に、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池が電気的に直列又は/及び並列に接続された構成である。

図１４は、太陽電池１０１の斜視図、図１５(ａ)は、太陽電池１０１と導電性接続部材１０２との接続を説明するための断面図、図１５（ｂ）は、太陽電池モジュール１００中の太陽電池１０１と導電性接続部材１０２との接続を説明するための断面図である。

図中、太陽電池１０１は、ｐｎ接合を有した半導体基板１０７と、半導体基板１０７の表面上に形成された反射防止膜１０８及び表面側電極１０９と、半導体基板１０７の裏面上に形成された裏面側電極１１０とを備える。

表面側電極１０９は、複数のフィンガー状の集電電極１０９ａとこの集電電極１０９ａと直交する２本のバスバー電極１０９ｂとから構成される。裏面側電極１１０は、金属膜状の集電電極１１０ａとバスバー電極１１０ｂとから構成される。

導電性接続部材１０２により、一の太陽電池１０１のバスバー電極１０９ｂと、隣り合う他の太陽電池１０１のバスバー電極１１０ｂとが接続されている。

特開２００９−５４９８１

特許文献１には、略楕円形状の半田層で被覆した導電性接続部材が開示されている。

斯かる導電性接続部材の場合、この導電性接続部材と太陽電池とを接続する工程において、太陽電池の表面側上の導電性接続部材と裏面側上の導電性接続部材との対向位置がずれると、太陽電池に不所望な応力が発生し、太陽電池が割れてしまう恐れある。

本発明に係わる太陽電池モジュールは、一方の主面側電極および他方の主面側電極を有する複数の太陽電池と、一の前記太陽電池の前記一方の主面側電極または前記他方の主面側電極と、他の前記太陽電池の前記一方の主面側電極または前記他方の主面側電極を電気的に接続する導電性接続部材と、を含んで構成され、前記導電性接続部材は、少なくとも１つの凸部を有する第１主面と前記第１主面と対向する平坦面を有する第２主面を有し、前記第１主面は、前記他方の主面側電極と樹脂からなる接着剤により固定され、前記第２主面は、前記一方の主面側電極と樹脂からなる接着剤により固定される。

本発明は、太陽電池の割れを抑制した太陽電池モジュールを提供するものである。

本発明の第１実施形態に係る導電性接続部材の構造を示したものである。 図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係る太陽電池の表面側上面図を示し、図２（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る太陽電池の裏面側上面図を示す。 図２（ａ）,（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池と導電性接続部材との接続を説明するための表面側上面図である。 図４（ａ）のＡ−Ａ’における断面図であって導電性接続部材とバスバー電極との接続形態を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の第２実施形態に係る導電性接続部材の構造を示したものである。 本発明の第２実施形態に係る導電性接続部材とバスバー電極との接続形態を示した断面図である。 発明の第３実施形態に係る導電性接続部材の構造を示したものである。 本発明の第３実施形態に係る導電性接続部材とバスバー電極との接続形態を示した断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの一部断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの一部断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを説明するための表面側上面図である。 従来の太陽電池モジュール中の太陽電池の斜視図である。 図１５(a)は従来の太陽電池と導電性接続部材との接続を説明するための断面図であり、図１５（ｂ）は従来の太陽電池モジュール中の太陽電池と導電性接続部材との接続を説明するための断面図である。

（第１実施形態)
以下、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１を参照して、太陽電池モジュールの太陽電池間を電気的に接続するための導電性接続部材１を説明する。図１は導電性接続部材１の斜視図である。

導電性接続部材１は、断面六角形の帯状の銅線又は銀線からなり、上面側は長手方向にストライプ状に延在する短手方向の断面が台形形状の凸部１ａ及び下面側は平坦面１ｂを有する。

導電性接続部材１は、例えば幅Ｗｓが１ｍｍ、厚みｔ２５０μｍである。凸部１ａは、上面幅Ｗｕが幅Ｗｓより小さく、０．２ｍｍであり、高さｈ５０μｍである。なお、導電性接続部材１は、その下面全体が平らになるように導電性接続部材１の周囲を覆うようにＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等の半田、Ａｇ等の導電性層で被覆してもよい。

図２〜３を参照して、斯かる太陽電池モジュールを構成する太陽電池を説明する。
図２（ａ）は太陽電池２の表面側上面図、図２（ｂ）は太陽電池２の裏面側上面図、図３は図２中のＡ−Ａ’に沿った断面図である。

図中、２は太陽電池であり、ｎ型単結晶シリコン基板７の高さ５〜１０μｍのテクスチャー構造を有する表面上に、厚み５ｎｍ〜２０ｎｍのi型アモルファスシリコン層８，厚み５ｎｍ〜２０ｎｍのｐ型アモルファスシリコン層９，厚み７０μｍ〜１００ｎｍのＩＴＯ等からなる透明導電膜層３がこの順序で形成されている。そして、透明導電膜層３上にＡｇペーストを硬化してなる表面側電極４が形成されている。

また、ｎ型単結晶シリコン基板７の高さ５〜１０μｍのテクスチャー構造を有する裏面上には、厚み５ｎｍ〜２０ｎｍのi型アモルファスシリコン層１０，厚み１０ｎｍ〜５０ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層１１，及び厚み７０μｍ〜１００ｎｍのＩＴＯ等からなる透明導電膜層５がこの順序で形成される。そして、透明導電膜層５上にＡｇペーストを硬化してなる裏面側電極６が形成されている。

ｎ型単結晶シリコン基板７は、例えば、約１００ｍｍ角の略正方形であって、厚み１００μｍ〜３００μｍである。

なお、太陽電池２と逆の極性を有する構成をとってもよく、即ち表面側にｎ型アモルファスシリコン層、裏面側にｐ型アモルファスシリコン層を備える構成としてもよい。

表面側電極４は、複数のフィンガー電極４ａと、２本のバスバー電極４ｂとから構成される。

複数のフィンガー電極４ａは、透明導電膜層３の表面上の略全域にわたって形成されている。それぞれのフィンガー電極４ａは、細線形状であって互いに平行に配置される。例えば、フィンガー電極４ａは、厚み５０μｍ，線幅５０μｍであって、互いに２ｍｍ間隔で配置される。

前記２本のバスバー電極４ｂは、透明導電膜層３の表面上おいて前記複数のフィンガー電極４ａと直交して接続されるように一体的に構成されている。例えば、バスバー電極４ｂは、厚み５０μｍ，線幅２００μｍの直線形状である。その際、バスバー電極４ｂの線幅は、導電性接続部材１の下面幅Ｗｓより狭くなっている。

裏面側電極６は、複数のフィンガー電極６ａと２本のバスバー電極６ｂとから構成される。

本実施形態では、裏面側電極６の隣り合うフィンガー電極６ａの間隔が表面側電極４の隣り合うフィンガー電極４ａの間隔に比べて狭くなるように形成されている。

前記２本のバスバー電極６ｂは、透明導電膜層５の裏面上おいて複数のフィンガー電極６ａと接続されるように一体的に構成されている。例えば、バスバー電極６ｂは、厚み５０μｍ，線幅２００μｍである。その際、バスバー電極６ｂの線幅は、導電性接続部材１の上面幅Ｗｕより広くなっている。

図４〜図５を参照して、太陽電池２と導電性接続部材１との接続について説明する。図４は太陽電池２と導電性接続部材１との接続を説明するための表面側上面図、図５は図４のＡ−Ａ’における断面図である。

一の太陽電池２の表面側のバスバー電極４ｂと隣り合う他の太陽電池２の裏面側のバスバー電極６ｂとの間は、導電性接続部材１により電気的に接続されるように各太陽電池２上に樹脂を含有してなる接着剤１２を用いて接続される。

図６及び図１３を参照して、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１３を詳述する。

太陽電池モジュール１３は、白板強化ガラス等の透明な表面側カバー１４,ポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムからなる耐候性の裏面側カバー１５,および表面側カバー１４と裏面側カバー１５の間に、複数の太陽電池２が導電性接続部材１により電気的に直列接続されてなる直線状の太陽電池群１８がエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等の充填材１６を介して配置されてなる板状の構成体と、該構成体を支持するアルミニウム等からなる金属製枠体１７から構成されている。

太陽電池モジュール１３は、複数の太陽電池２が導電性接続部材１により直列接続されて太陽電池群１８が構成されている。太陽電池群１８は、隣り合う太陽電池群１８が接続部材１９，２０によって直列接続されている。

最外側の太陽電池群１８は、太陽電池モジュール１３から電気出力を取り出すためのＬ字状の接続部材(出力取り出し用接続部材)２１と電気的に接続されている。 このように、太陽電池２は他の太陽電池２と導電性接続部材１によって電気的に接続されている。

以上の工程によって、図１３に示すような太陽電池モジュール１３が完成する。
（太陽電池モジュールの製造方法）
本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明する。ここでは、一例として、表面側電極４及び裏面側電極６を、エポキシ樹脂等の樹脂に銀微粉末を練り込んだ銀ペーストを用いて製造する方法を説明する。

まず、両表面上に透明電極膜層３,５を備えた太陽電池２を準備する。

次に、この太陽電池２の表面側の透明電極膜層３上に、スクリーン印刷により前記導電性ペーストを印刷し、１５０℃で1０分間乾燥させた後に、太陽電池２の裏面側の透明電極膜層３上に、スクリーン印刷やオフセット印刷により前記導電性ペーストを印刷し、その後、２００℃、１時間加熱してこれを完全に硬化させて表面側電極４及び裏面側電極６を形成する。

上述のようにして作製した太陽電池２を複数準備すると共に、導電性接続部材１を複数準備する。

次に、各導電性接続部材１の下面側の平坦部１ｂとバスバー電極４ｂと対向する部分の間、及び導電性接続部材１の上面側の凸部１ａとバスバー電極６ｂと対向する部分の間に接着剤１２を配置する。例えば、接着剤１２は約２００℃程度で加熱すると硬化するエポキシ系熱硬化型の樹脂である。例えば、接着剤１２はフィルム状であってもよい。

各隣り合う太陽電池２の一方の太陽電池２のバスバー電極４ｂ上と他方の太陽電池２のバスバー電極６ｂ上とに接着剤１２がそれぞれ配置され、これら接着剤１２上に導電性接続部材１をそれぞれ配置した状態で、約２ＭＰａで加圧しながら、２００℃で３０秒加熱して、導電性接続部材１を固定させて作製する。

次に、太陽電池群１８を複数準備し、最外側の太陽電池群１８に太陽電池モジュール１３から電気出力を取り出すためのＬ字状の接続部材(出力取り出し用接続部材)２１を取り付けた構造体を作製した後、表面側カバー１４、充填材１６となる封止シート、前記構造体、充填材１６となる封止シート、裏面側カバー１５の順に積層し、真空状態で、１５０℃で１０分間加熱圧着する。その後、１５０℃で１時間加熱することで、充填材１６を完全に硬化させる。

最後に、端子ボックス、金属枠体をとりつけ、太陽電池モジュール１３が完成する。

本実施形態の太陽電池モジュール１３では、導電性接続部材１の上面側にストライプ状の凸部１ａを有し、下面側に平坦面１ｂを有する。従って、太陽電池２の表面側のバスバー電極４ｂと導電性接続部材１の平坦面１ｂとが接続され、太陽電池の裏面側のバスバー電極６ｂと導電性接続部材１の凸部１ａとが接続される。そうすると、表面側のバスバー電極４ｂの平坦面１ｂとの接続面と裏面側のバスバー電極６ｂの凸部１ａとの接続面とがずれた場合でも、導電性接続部材１の下面幅Ｗｓが上面幅Ｗｕより広いため、太陽電池２の一方向に加わる凸部１ａの応力に対して平坦面１ｂがその応力を分散させる役割を果たす。その結果、太陽電池に剪断応力が発生するのを抑制でき、太陽電池２が割れるのを抑制できる。

また、本実施形態の太陽電池モジュール１３では、表面側には白板強化ガラス等からなる表面側カバー１４を用いており、裏面側にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムからなる耐候性の裏面側カバー１５を用いている。このような構成の一般的な太陽電池モジュール１３の場合、表面側及び裏面側カバーを構成する材料により、太陽電池２の表面側と裏面側とで導電性接続部材１にかかる応力が違う。

斯かる太陽電池モジュール１３の構成では、裏面側カバー１５の方が表面側カバーより柔軟な材料から構成されているため、太陽電池２の裏面側の方が表面側より導電性接続部材１にかかる応力が大きい。そこで、裏面側では、バスバー電極６ｂと導電性接続部材１の凸部１ａとが接着剤１２にめり込んで接続している。そうすると、凸部１ａが接着剤１２にめり込むことによって、導電性接続部材１と接着剤１２との接触面積が大きくなる。その結果、太陽電池２の裏面側と導電性接続部材１とが強固に接続され、太陽電池モジュール１３化された際に裏面側の導電性接続部材１が太陽電池２から外れるのを抑制できる。

本実施形態の製造方法では、太陽電池２の割れを抑制しつつ太陽電池モジュールを製造できる。

（第２実施形態）
図７〜８を参照して本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールを説明する。図７は第２実施形態に係る導電性接続部材１０の斜視図、図８は導電性接続部材１０とバスバー電極４ｂ,６ｂとの接続形態を示した図である。なお、第１実施形態との相違点について主に説明する。第１実施形態と同一部分は説明を割愛し、図７〜図８中、同一部分には同一符号を付している。

図７を参照して、第２実施形態において、第１実施形態との相違点は、導電性接続部材１０は、上面側にその短手方向の断面が台形状の長手方向にストライプ状に互いに平行に延在する二つの凸部１０ａ及び下面側が平坦面１０ｂを有する点である。導電性接続部材１０は例えば厚みｔが２５０μｍである。凸部１０ａは、各々の上面幅Ｗｕが２０μｍ,高さｈが５０μｍを有し、平坦面１０ｂは幅Ｗｓが１ｍｍを有している。上面幅Ｗｕの凸部１０ａを二つ足した幅は平坦面１０ｂの幅Ｗｓより小さい。

図８を参照して、本実施形態では、表面側のバスバー電極４ｂの線幅は、導電性接続部材１の幅Ｗｓより狭くなっている。また、導電性接続部材１０の上面幅Ｗｕは、裏面側のバスバー電極６ｂの線幅より狭くなっている。

本実施形態では、太陽電池２の表面側のバスバー電極４ｂと導電性接続部材１０の平坦面１０ｂとが接続され、太陽電池の裏面側のバスバー電極６ｂと導電性接続部材１０のストライプ状の二つの凸部１０ａとが接続される。太陽電池２の表面側と裏面側とで接続部材との接続面がずれた場合、第１実施形態では太陽電池２に加わる応力が凸部１ａによる一つの応力だったのを二つの凸部１０ａにより二つの応力に分散し、且つ二つに分散した応力を更に平坦面１０ｂによって分散させることができる。その結果、第１実施形態より太陽電池２に剪断応力が発生するのを抑制でき、太陽電池２が割れるのを抑制できる。

太陽電池モジュール１３化された際に裏面側においては、バスバー電極６ｂと導電性接続部材１０の二つの凸部１０ａとが接着剤１２にめり込んで接続している。そうすると、二つの凸部１０ａが接着剤１２にめり込むことによって、導電性接続部材１０と接着剤１２との接触面積が第１実施形態よりも大きくなる。その結果、太陽電池２の裏面側と導電性接続部材１０とが強固に接続され、太陽電池モジュール１３化された際に裏面側の導電性接続部材１が太陽電池２から外れるのを第１実施形態より抑制できる。

（第３実施形態）
図９〜１０を参照して本発明の第３実施形態に係る太陽電池モジュールを説明する。図９は第３実施形態に係る導電性接続部材１００の斜視図、図１０は導電性接続部材１００とバスバー電極４ｂ,６ｂとの接続形態を示した図である。なお、第２実施形態との相違点について主に説明する。第２実施形態と同一部分は説明を割愛し、図９〜１０中、同一部分には同一符号を付している。

図９を参照して、第３実施形態において、第２実施形態との相違点は、導電性接続部材１００は、その短手方向の断面において、その上面側に複数の同一の三角形状の凸部が規則正しく連なるように有し、且つ長手方向において、前記三角形状が平行に延びるように構成された複数の凹凸部１００ａを有する点である。

例えば、導電性接続部材１００は厚みｔが２３０μｍの銅線である。そして、導電性接続部材１００は、その各三角形状の凹凸部１００ａの底辺幅Ｗｕが２００μｍ,高さｈが３０μｍであり、その平坦面１００ｂの幅Ｗｓが１ｍｍを有している。

次に、図１０を参照して、本実施形態では、表面側のバスバー電極４ｂの線幅は、導電性接続部材１の平坦面１００ｂの幅Ｗｓより狭くなっている。また、裏面側のバスバー電極６ｂの線幅も、導電性接続部材１の各々の上面幅Ｗｕの和より狭くなっている。また、導電性接続部材１００の最両端の凸部が上面幅Ｗｕから露出しない構成である。

本実施形態では、本実施形態では、太陽電池２の表面側のバスバー電極４ｂと導電性接続部材１００の平坦面１００ｂとが接続され、太陽電池の裏面側のバスバー電極６ｂと導電性接続部材１００の複数の三角形状の凹凸部１００ａとが接続される。太陽電池２の表面側と裏面側とで接続部材との接続面がずれた場合、第２実施形態では太陽電池２に加わる応力が凸部１０ａによる二つの応力に分散されたのを複数の三角形状の凹凸部１００ａにより更に応力を分散し、且つその分散した応力を更に平坦面１００ｂによって分散させることができる。その結果、第２実施形態より太陽電池２に剪断応力が発生するのを抑制でき、太陽電池２が割れるのを抑制できる。

太陽電池モジュール１３化された際に裏面側において、バスバー電極６ｂと導電性接続部材１００の複数の三角形状の凹凸部１００ａとが接着剤１２にめり込んで接続している。そうすると、複数の凹凸部１００ａが接着剤１２にめり込むことによって、導電性接続部材１００と接着剤１２との接触面積が第２実施形態よりも更に大きくなる。その結果、太陽電池２の裏面側と導電性接続部材１００とが強固に接続され、太陽電池モジュール１３化された際に裏面側において導電性接続部材１が太陽電池２から外れるのを第２実施形態より更に抑制できる。

また、本実施形態では、太陽電池モジュール１３において、受光面側に入射した光のうち、導電性接続部材１００の三角形状の複数の凹凸部１００ａに達した光は効率よく反射される。そうすると、図６に示したような表面側カバー１４又は充填材１６で再反射される光が多くなり、結果として、太陽電池２へ光が多く入射するため、太陽電池２の出力が向上する。

また、上記実施形態では、太陽電池の表面側のバスバー電極と隣り合う太陽電池の裏面側のバスバー電極とを直列に接続する場合について例を挙げて説明したが、隣り合う太陽電池間の接続は、上記実施形態に限らない。

例えば、図１１、図１２のような構成であってもよい。なお、図１１、図１２中、前記実施形態と同一または類似部分には同一符号を付している。

図１１に示す太陽電池モジュール１３は、隣り合う２つの極性が同じ素子構造の太陽電池２を１組とすると共に、これらと極性が逆の素子構造の隣り合う２つの太陽電池２を１組となるように配置して、導電性接続部材１１によりこれらを電気的に直列接続している。

図１２に示す太陽電池モジュール１３は、隣り合う太陽電池２は、互いに極性が逆となる素子構成を有しており、導電性接続部材１は隣り合う太陽電池２の表面側電極同士及び太陽電池２の裏面側電極同士とを電気的に直列接続している。この場合でも、平坦面を有する導電性接続部材１の下面と表面側電極とが接続し、少なくとも一つの凸部を有する導電性接続部材１の上面と裏面側電極とが接続している。

上記各実施形態の太陽電池モジュールでは、導電性接続部材の下面側に平坦面を有した構成であったが、前記平坦面は導電性接続部材の上面側に設けた少なくとも１つの凸部の厚さ以下、好ましくは前記テクスチャー構造の高さ以下、例えば１０μｍ以下の凹凸が形成されていてもよい。その場合でも上記各実施形態と同様に太陽電池の割れを抑制する
ことができる。

また、本発明の太陽電池モジュールでは、導電性接続部材の下面側の平坦面と同様に表面側電極及び裏面側電極に上記導電性接続部材の上面側の少なくとも１つの凸部の厚さ以下、好ましくは前記テクスチャー構造の高さ以下、例えば１０μｍ以下の凹凸が形成されていてもよい。その場合でも上記各実施形態と同様に太陽電池の割れを抑制することができる。

更に、本発明の太陽電池モジュールは、上記各実施形態に限定されず、例えば、枠体を備えない構成であってもよい。

また、本発明の太陽電池モジュールは、両面受光型太陽電池モジュールであってよく、例えば、表面側カバー及び裏面側カバーともガラス板であってもよい。

また、接着剤１２として、絶縁性接着剤を使用してもよい。また、前記樹脂としては、エポキシ系熱硬化型の樹脂に限らず適宜使用可能である。

また、前記樹脂からなる接着剤１２にＮｉ、Ａｇ等の導電性粒子等を含んでもよく、ＳｉＯ２などの非導電性粒子等の非導電性材料が含まれてもよく、これらの両方が含まれてもよく、またこれら両方を含まなくてもよい。

本発明は、図３に示した太陽電池の構造に限定されず、多結晶太陽電池等の種々の太陽電池に適用可能である。

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

１,１０,１００ 導電性接続部材
１ａ,１０ａ 凸部
１００ａ 凹凸部
１ｂ,１０ｂ,１００ｂ 平坦面
２ 太陽電池
４ 表面側電極
４ａ フィンガー電極
４ｂ バスバー電極
６ 裏面側電極
６ａ フィンガー電極
６ｂ バスバー電極
１３ 太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 一方の主面側電極および他方の主面側電極を有する複数の太陽電池と、
   一の前記太陽電池の前記一方の主面側電極または前記他方の主面側電極と、他の前記太陽電池の前記一方の主面側電極または前記他方の主面側電極を電気的に接続する導電性接続部材と、を含んで構成され、
   前記導電性接続部材は、少なくとも１つの凸部を有する第１主面と、前記第１主面と対向し表面の凹凸が１０μｍ以下である平坦面を有する第２主面と、を有し、
   前記第１主面の凸部の上面部は平坦であって、前記凸部の前記上面部における幅方向の長さの合計は、前記第２主面の幅方向の長さよりも短く、
   前記第１主面は、前記他方の主面側電極と樹脂からなる接着剤により固定され、
   前記第２主面は、前記一方の主面側電極と樹脂からなる接着剤により固定され、
   前記第１主面の前記凸部の上面幅の合計は前記他方の主面側電極の線幅より小さく、
   前記第２主面の前記平坦面の幅は前記一方の主面側電極の線幅より大きい、太陽電池モジュール。
2. 前記少なくとも１つの凸部は、前記導電性接続部材の長手方向に延びるように設けられる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記一方の主面側電極は太陽電池モジュールの受光面側であり、
   前記他方の主面側電極は前記受光面側とは反対側である請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第１主面側には表面側カバーを有し、前記第２主面側に前記表面側カバーより柔軟な材料からなる裏面側カバーを有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。