JP7483382B2

JP7483382B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP7483382B2
Application number: JP2020004167A
Authority: JP
Inventors: 訓太吉河
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2024-05-15
Anticipated expiration: 2040-01-15
Also published as: JP2021111736A

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池セルの中には、裏面側にのみ電極を有するバックコンタクト型のものがある。バックコンタクト型の太陽電池セルでは、表面側に光を遮光する電極が配設されないので、略全面が光電変換に寄与し得る。バックコンタクト型の太陽電池セルの一形態として、集電抵抗を低減するために、第１の極性を有する複数の第１電極と第２の極性を有する複数の第２電極とが基板全体に分散して配設され、複数の第１電極間を接続する複数の配線材（線状の導体）と、複数の第２電極間を接続する複数の配線材とを備えるものがある。このように複数の配線材を有する太陽電池セルを接続してモジュール化する場合、隣接する太陽電池セル間で配線材を一体化すること、つまり、隣接する太陽電池セルに跨って延びる配線材を用いることで、太陽電池セル間を接続する構成が知られている。

また、複数の太陽電池セルをモジュール化する態様として、複数の太陽電池セルを互いの端部を順番に重ねるように並べて接続するシングリング構造が知られている。太陽電池セルの端部を重ねることで、モジュール全体の面積に対する実際に光電変換に寄与する有効領域の面積の割合を大きくすることができる。バックコンタクト型の太陽電池セルを用いる太陽電池モジュールにおいても、太陽電池セル間に隙間ができないよう、太陽電池セルの端部を重ね合わせるシングリング構造とすることで、モジュールの面積当たりの出力を向上することができる。

特許文献１には、太陽電池セルの端部を重ね合わせ、隣接する太陽電池セル間に跨って延びる第１集電部材および第２集電部材を用いて太陽電池セル間を接続したモジュールが記載されている。特許文献１には、表面側に配置される太陽電池セルの裏面の隣接する太陽電池セルが重ねられる領域に絶縁材を配置することによって、太陽電池セルの重ね合わせられた領域に応力が集中して太陽電池セルが破損したり接続のための半田が剥離したりすることを防止する技術が開示されている。

特許第５４３０３２６号公報

特許文献１の構成では、太陽電池セルの互いに対向する面に作用しあう応力を軽減することができる。しかしながら、特許文献１の構成でも、太陽電池セル間に跨って延びる第１集電部材および第２集電部材が裏面側の太陽電池セルの端部のエッジに圧接されることにより裏面側の太陽電池セルの端部が破損する場合があり、信頼性を低下させる原因となっている。

本発明は、信頼性が高い太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

本発明に係る太陽電池モジュールは、それぞれ複数の接続電極を有し、第１方向に並べて配置される複数の太陽電池セルと、前記第１方向に隣接する前記太陽電池セルの前記接続電極間を接続する複数の配線材と、を備え、前記太陽電池セルは、その前記第１方向一方側の端部が隣接する前記太陽電池セルの前記第１方向他方側の端部の裏側に重なるよう配置され、前記第１方向一方側の端部の裏面に前記配線材を支持する緩衝材を有する。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記緩衝材は、前記第１方向に垂直な方向に間欠的に配設されていてもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記緩衝材は、裏面に前記第１方向に延びる１以上の凹部を有してもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記凹部の深さが７μｍ以上３０μｍ以下であり、前記凹部の幅が５０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記緩衝材の前記第１方向に垂直な方向の長さは、前記第１方向の長さよりも大きくてもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルは、前記接続電極の間に、前記接続電極以外の部分と前記配線材との電気的接触を防止する配線絶縁材をさらに備え、前記緩衝材は、前記配線絶縁材と同じ材料から形成されていてもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルは、前記第１方向他方側の端部の裏面に隣接する前記太陽電池セルを支持するセル絶縁材をさらに有し、前記緩衝材の前記第１方向に垂直な方向の長さは、前記セル絶縁材の前記第１方向に垂直な方向の長さより長くてもよい。

本発明によれば、信頼性が高い太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の太陽電池モジュールの模式裏面図である。図１の太陽電池モジュールの模式断面図である。図１の太陽電池モジュールのＡ－Ａ線断面図である。図３の太陽電池モジュールのＢ－Ｂ線断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール１の模式裏面図である。図２は、図１の太陽電池モジュールの模式断面図である。図３は、太陽電池モジュール１のＡ－Ａ線断面図である。図４は、太陽電池モジュール１のＢ－Ｂ線断面図である。

太陽電池モジュール１は、それぞれ第１方向に延びる複数の太陽電池ストリング２と、太陽電池ストリング２の表面（受光面）側に配置される表側保護部材３と、太陽電池ストリング２の裏面（受光面と反対側の面）側に配置される裏側保護部材４と、表側保護部材３および裏側保護部材４間の隙間に充填される封止材５と、太陽電池ストリング２間を接続する一対の接続部材６と、を備える。

太陽電池ストリング２は、第１方向に並べられた複数の太陽電池セル１０と、太陽電池セル１０間を電気的に接続する複数の配線材２０と、複数の太陽電池セル１０および複数の配線材２０の裏面側を覆う樹脂フィルム３０と、を備える。太陽電池ストリング２において、各太陽電池セル１０は、第１方向一方側の端部が隣接する太陽電池セル１０の他方側の端部の裏面に重なるよう配置される。つまり、太陽電池ストリング２は、複数の太陽電池セル１０の第１方向の端部を順番に重ねたシングリング構造を有する。

それぞれの太陽電池セル１０は、半導体基板１１を有する。半導体基板１１の裏面側の少なくとも他の太陽電池セル１０が表面側に配置されない領域には、第１の導電型を有し、第１方向に垂直な第２方向に延びる帯状の複数の第１半導体層１２と、第２の導電型を有し、第２方向に延びる帯状の複数の第２半導体層１３とが第１方向に交互に配設されている。第１半導体層１２および第２半導体層１３の裏面側には、それぞれ第２方向に延びる収集電極１４が配設されている。それぞれの収集電極１４の裏面側には、配線材２０が接続される複数の接続電極１５が一定の間隔を空けて配設されている。第１半導体層１２の裏面側の接続電極１５と第２半導体層１３の裏面側の接続電極１５とは、互い違いに配置されている。収集電極１４の裏面側の接続電極１５の間の部分には、それぞれ配線絶縁材１６が配設されている。半導体基板１１の裏面の第一方向一方側の端部、つまり他の太陽電池セル１０の裏側に配置される領域には、配線材２０を支持する緩衝材１７が配設され、半導体基板１１の裏面の第一方向他方側の端部、つまり他の太陽電池セル１０の表側に配置される領域には、隣接する太陽電池セル１０を支持するセル絶縁材１８が配設されている。太陽電池セル１０は、これらの構成以外に、例えば反射防止層、パッシベーション層等の各種の構成要素を有してもよい。

半導体基板１１は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコンから形成することができる。半導体基板１１は、例えば結晶シリコン材料にｐ型ドーパントがドープされたｐ型の半導体基板である。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられる。このような半導体基板１１は、表面からの入射光を吸収して光キャリア（電子および正孔）を生成する光電変換基板として機能する。

第１半導体層１２および第２半導体層１３は、所望の導電型を付与するドーパントをドープしたアモルファスシリコンによって形成することができる。ｐ型のドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられ、ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。

収集電極１４は、例えば銀ペースト等の導電性ペーストの印刷および焼成により形成することができる。

接続電極１５は、例えば銀ペースト等の導電性ペーストの印刷および焼成により形成することができる。つまり、接続電極１５は、収集電極１４に同様の材料を局所的に積層することによって形成できる。

配線絶縁材１６は、少なくとも、収集電極１４の平面視で配線材２０と重複し、接続電極１５が存在しない領域を被覆するよう配設される。配線絶縁材１６は、ペースト状の絶縁材料の印刷および焼成により形成することができる。

配線絶縁材１６は、接続電極１５以外の部分と配線材２０との電気的接触を、より詳しくは、第１半導体層１２の裏面側に配設される接続電極１５に接続される配線材２０と第２半導体層１３の裏面側に配設される収集電極１４との短絡、および第２半導体層１３の裏面側に配設される接続電極１５に接続される配線材２０と第１半導体層１２の裏面側に配設される収集電極１４との短絡を防止する。

緩衝材１７は、配線材２０を半導体基板１１と直接接触しないように支持する。これにより、太陽電池モジュール１の製造工程において配線材２０が半導体基板１１のエッジに圧接されて半導体基板１１に割れや欠けを生じさせることを防止できる。

緩衝材１７は、ペースト状の絶縁材料の印刷および焼成により形成することができる。緩衝材１７は、配線絶縁材１６と同じ材料から形成することができ、配線絶縁材１６と同時に形成してもよい。

半導体基板１１に割れや欠けを防止する観点から、緩衝材１７の材質としては、半導体基板１１と比して弾性率が小さいことが望ましい。具体的な材料としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等を主成分とする印刷可能な材料を用いることが好ましい。このような材料は、配線絶縁材１６および後述するセル絶縁材１８としても好ましい材料である。

緩衝材１７は、半導体基板１１の第１方向一方側の端部の裏面側に第２方向に間欠的に、より詳しくは配線材２０が配設される位置に選択的に配設されることが好ましい。また、各緩衝材１７は、配線材２０の位置ずれを考慮して、第２方向に十分な長さを有すること、つまり第１方向の長さよりも第２方向の長さが大きいことが好ましい。具体的には、衝材１０９の第２方向の長さとしては、２ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以上４ｍｍ以下がより好ましい。緩衝材１７の第１方向の長さは、第２方向の長さよりも小さいことが好ましい。これにより、配線材２０を確実に支持しつつ、緩衝材１７を形成する材料の使用量を低減することができる。また、緩衝材１７は、第１方向に複数列に分けて形成されてもよい。

各緩衝材１７は、裏面に第１方向に延びる１以上の凹部１７１を有することが好ましい。各緩衝材１７が１以上の凹部１７１を有することによって、太陽電池ストリング２を形成する際に配線材２０が緩衝材１７上で第２方向に滑り難いため、配線材２０を接続電極１５に確実に接続することができる。

凹部１７１の深さ（緩衝材１７の凹部１７１の両側の直近の高さのピークを結ぶ直線と凹部１７１の最深部との半導体基板１１に垂直な方向の距離）としては、７μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上２５μｍ以下がより好ましい。凹部１７１の深さが小さくすぎると配線材２０が緩衝材１７上で第２方向に滑りやすくなるため、配線材２０を適切な位置に固定することが容易でなくなるおそれがある。逆に、凹部１７１の深さが大きすぎると、配線材２０を支持する凹部１７１の最深部における緩衝材１７の厚みが小さくなることで緩衝材としての機能が不十分となるおそれがある。凹部１７１の幅（緩衝材１７の凹部１７１の両側の直近の高さのピーク間の半導体基板１１と平行な方向の距離）は、断面形状が円形または楕円形である配線材２０を用いることを想定すると、凹部１７１の深さの７倍以上１５倍、具体的には５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。また、凹部１７１を複数設けられる場合、凹部１７１のピッチとしては、１００μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。凹部１７１をこのような配置とすることによって、配線材２０の位置決め誤差を許容しつつ、配置された配線材２０位置ずれを効果的に防止することができる。

凹部１７１は、緩衝材１７を第２方向に複数のブロックに分割してペースト状の絶縁材料を印刷することで形成することができる。ペースト状の絶縁材料は、一定の厚みを有する印刷マスクを用いて印刷されるが、断面視において特に半導体基板１１側の部分がマスクの開口形状よりも広がるよう絶縁材料が流動する滲みが生じる。このため、緩衝材１７を小さい隙間を有する複数のブロックに分割して印刷することで、滲みによってブロック同士が接続され、ブロック間の隙間に相当する位置の高さが相対的に小さい凹部１７１となった緩衝材１７を形成することができる。

セル絶縁材１８は、収集電極１４の少なくとも一部分を被覆するよう配設される。セル絶縁材１８は、重ね合わされる太陽電池セル１０が半導体基板１１または収集電極１４に直接接触して短絡を生じさせることや半導体基板１１に割れや欠けを生じさせることを防止する。

セル絶縁材１８は、半導体基板１１の第１方向他方側の端部の裏面側に第２方向に間欠的に配設されることが好ましい。これにより、緩衝材１７の間から太陽電池セル１０間の隙間に封止材５を充填することができる。また、緩衝材１７は、第１方向に複数列に分けて配設されてもよい。これにより、比較的少量の絶縁材料を用いてより確実に接続電極１５を保護することができる。セル絶縁材１８の第２方向の長さは、第１方向の長さと同程度であってもよい。例として、セル絶縁材１８は、第１方向の長さと第２方向の長さとが同程度の点状に形成することができる。また、セル絶縁材１８の第２方向の長さは、緩衝材１７の第２方向の長さよりも小さくてよい。

配線材２０は、太陽電池セル１０内で第１方向に並ぶ複数の接続電極１５を接続する共に、隣接する太陽電池セル１０間を接続するインターコネクタとして機能する。隣接する太陽電池セル１０の向きが逆向きとなるよう配置し、各太陽電池セル１０において第１半導体層１２の裏面側に配設された接続電極１５に接続される配線材２０と第２半導体層１３の裏面側に配設された接続電極１５に接続される配線材２０とが第１方向に異なる側の太陽電池セル１０に延びるよう、各配線材２０を２つの太陽電池に跨って配置することで、複数の太陽電池セル１０を直列に接続することができる。

配線材２０は、例えば銅線等の電気抵抗が小さい材料から形成される。また、配線材２０は、収集電極１４と接続するための半田によって被覆されていてもよい。

樹脂フィルム３０は、端部を重ねた配置した複数の太陽電池セル１０に複数の配線材２０を接続する際に、予め複数の配線材２０を適切な間隔で保持し、複数の配線材２０を一体的に複数の太陽電池セル１０に対して位置決めすることを可能にする。また、樹脂フィルム３０は、太陽電池セル１０に接着され、太陽電池モジュール１を組み立てる前の太陽電池ストリング２の裏面を保護する。

樹脂フィルム３０は、太陽電池セル１０同士の隙間への封止材５の充填を可能にするよう、複数の開口を有することが好ましい。この開口は、上述するように、各配線材２０を２つの太陽電池に跨って配置する場合に、１本の長尺の導体を分割して各配線材２０を形成するための加工によって同時に形成してもよい。

表側保護部材３は、封止材５を介して、太陽電池ストリング２、すなわち太陽電池セル１０の表面を覆うことにより、太陽電池セル１０を保護する。表側保護部材３は、板状またはシート状の材料から形成することができ、透光性および対候性に優れることが好ましい。具体的には、表側保護部材３の材質としては、例えばアクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、ガラスなどを挙げることができる。また、表側保護部材３の表面は、光の反射を抑制するために、凹凸状に加工されたり、反射防止コーティング層で被覆されてもよい。

裏側保護部材４は、封止材５を介して、太陽電池ストリング２の裏面を覆って、太陽電池セル１０を保護する。裏側保護部材４は、表側保護部材３と同様に、板状またはシート状の材料から形成することができ、遮水性に優れることが好ましい。具体的には、裏側保護部材４としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂フィルムと、アルミニウム箔等の金属箔との積層体が好適に用いられる。

封止材５は、太陽電池ストリング２、すなわち太陽電池セル１０を封止して保護するもので、太陽電池セル１０の受光側の面と表側保護部材３との間、および、太陽電池セル１０の裏側の面と裏側保護部材４との間に介在する。

封止材５は、太陽電池ストリング２と表側保護部材３および裏側保護部材４とを接着すると共に、太陽電池ストリング２の周囲の隙間をなくすことで、太陽電池セル１０を保護する。このため、封止材５としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α－オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、または、シリコーン樹脂等の透光性を有する熱可塑性樹脂が好適に用いられる。

一方の接続部材６は、太陽電池ストリング２の一端の太陽電池セル１０の第１半導体層１２の裏面側に配設された接続電極１５に接続された配線材２０に接続され、他方の接続部材６太陽電池ストリング２の他端の太陽電池セル１０の第２半導体層１３の裏面側に配設された接続電極１５に接続された配線材２０に接続されている。接続部材６は、太陽電池モジュール１の外部の回路に接続可能に、表側保護部材３および裏側保護部材４の間から外側に延出している。

以上のように、半導体基板１１の第１方向一方側の端部の裏面側に配線材２０を支持する緩衝材１７を有する太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュール１は、配線材２０が半導体基板１１のエッジに圧接されて半導体基板１１に割れや欠けが生じることが防止されるため、信頼性に優れると共に、製造時の歩留まり向上により比較的安価に提供することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例として、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、半導体層は半導体基板へのドーパントの拡散によって形成してもよい。また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、収集電極および接続電極は、蒸着等により金属材料を積層することで形成してもよい。

１太陽電池モジュール
２太陽電池ストリング
３表側保護部材
４裏側保護部材
５封止材
６接続部材
１０太陽電池セル
１１半導体基板
１２第１半導体層
１３第２半導体層
１４収集電極
１５接続電極
１６配線絶縁材
１７緩衝材
１８セル絶縁材
２０配線材
３０樹脂フィルム
１７１凹部

Claims

それぞれ複数の接続電極を有し、第１方向に並べて配置される複数の太陽電池セルと、
前記第１方向に隣接する前記太陽電池セルの前記接続電極間を接続する複数の配線材と、
を備え、
前記太陽電池セルは、
その前記第１方向一方側の端部が隣接する前記太陽電池セルの前記第１方向他方側の端部の裏側に重なるよう配置され、
前記第１方向一方側の端部の裏面のみに配設され、前記配線材を支持する緩衝材を有し、
前記緩衝材は、裏面に前記第１方向に延びる１以上の凹部を有する、太陽電池モジュール。
前記凹部の深さが７μｍ以上３０μｍ以下であり、前記凹部の幅が５０μｍ以上２００μｍ以下である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
それぞれ複数の接続電極を有し、第１方向に並べて配置される複数の太陽電池セルと、
前記第１方向に隣接する前記太陽電池セルの前記接続電極間を接続する複数の配線材と、
を備え、
前記太陽電池セルは、
その前記第１方向一方側の端部が隣接する前記太陽電池セルの前記第１方向他方側の端部の裏側に重なるよう配置され、
前記第１方向一方側の端部の裏面のみに配設され、前記配線材を支持する緩衝材を有し、
前記太陽電池セルは、前記接続電極の間に、前記接続電極以外の部分と前記配線材との電気的接触を防止する配線絶縁材をさらに有し、
前記緩衝材は、前記配線絶縁材と同じ材料から形成されている、太陽電池モジュール。
それぞれ複数の接続電極を有し、第１方向に並べて配置される複数の太陽電池セルと、
前記第１方向に隣接する前記太陽電池セルの前記接続電極間を接続する複数の配線材と、
を備え、
前記太陽電池セルは、
その前記第１方向一方側の端部が隣接する前記太陽電池セルの前記第１方向他方側の端部の裏側に重なるよう配置され、
前記第１方向一方側の端部の裏面のみに配設され、前記配線材を支持する緩衝材を有し、
前記太陽電池セルは、前記第１方向他方側の端部の裏面に隣接する前記太陽電池セルを支持するセル絶縁材をさらに有し、
前記緩衝材の前記第１方向に垂直な方向の長さは、前記セル絶縁材の前記第１方向に垂直な方向の長さより大きい、太陽電池モジュール。
前記緩衝材は、前記第１方向に垂直な方向に間欠的に配設されている、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
前記緩衝材の前記第１方向に垂直な方向の長さは、前記第１方向の長さよりも大きい、請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。