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CN104221160B - 太阳电池组件及其制造方法 - Google Patents

太阳电池组件及其制造方法 Download PDF

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CN104221160B CN201280071605.9A CN201280071605A CN104221160B CN 104221160 B CN104221160 B CN 104221160B CN 201280071605 A CN201280071605 A CN 201280071605A CN 104221160 B CN104221160 B CN 104221160B
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Abstract

太阳电池组件(10)包括：具有形成在光电转换部(20)上的第一电极(30)和第二电极(40)的多个太阳电池(11)；和利用粘接剂(16)来安装在第一电极(30)和第二电极(40)上，将太阳电池(11)彼此连接的配线件(15)。粘接剂(16)设置成从配线件(15)的正下方区域(R)露出，附着在配线件(15)的侧面(15s)上。太阳电池组件(10)在正下方区域(R)具有空隙(17)。

Description

太阳电池组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳电池组件及其制造方法。
背景技术
太阳电池组件包括：多个太阳电池；将太阳电池彼此电连接的配线件；和将它们封固的填充件。配线件能够利用粘接剂安装在太阳电池的电极上(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-205137号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在太阳电池组件中，存在因制造时或使用时的温度变化而导致上述粘接剂等发生膨胀、收缩的情况。而且，这种膨胀、收缩引起粘接界面发生剥离，导致配线件与电极的导通不良。
用于解决问题的技术方案
本发明的太阳电池组件包括：具有光电转换部和形成在光电转换部上的电极的多个太阳电池；和用粘接剂来安装在电极上，将太阳电池彼此连接的配线件，粘接剂设置成从配线件的正下方区域露出，附着在配线件的侧面上，在该正下方区域具有空隙。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能维持配线件与电极的良好的连接性的太阳电池组件。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的一例的太阳电池组件的截面图。
图2是从受光面侧观察图1所示的太阳电池组件中应用的太阳电池的平面图。
图3是表示图2的A-A线截面的一部分的图。
图4是图2的B部放大图。
图5是表示图4的C-C线截面的一部分(受光面侧)的图。
图6是表示图4的C-C线截面的一部分(背面侧)的图。
图7是表示本发明的实施方式的一例的太阳电池组件的变形例的图。
图8是用于说明本发明的实施方式的一例的太阳电池组件的制造方法的图。
图9是用于说明本发明的实施方式的一例的太阳电池组件的制造方法的图。
图10是表示本发明的实施方式的一例的太阳电池组件中光电转换部的变形例的截面图。
图11是表示本发明的实施方式的一例的太阳电池组件中光电转换部的变形例的截面图。
具体实施方式
参照附图，下面对本发明的实施方式的一例的太阳电池组件10进行详细说明。其中，实施方式中参照的附图是示意性地记载，附图所描绘的构成源极的尺寸比率等有时与实物不同。具体的尺寸比率等应参考下面的说明来判断。
在本说明书中，“在第一目标物(例如衬底)上的全域，形成有第二目标物(例如非晶态半导体层)”这样的记载，只要没有加以特别的限定，不仅仅指第一与第二目标物直接接触地形成的情况。即，这种记载还包括在第一与第二目标物之间存在其他目标物的情况。另外，“形成在全域”包含实质上视作全域的情况(例如，第一物体上的95％被覆盖的状态)。
首先，参照图1～图3，对太阳电池组件10的结构进行说明。图1是表示太阳电池10的一部分的截面图。图2是从受光面侧观察太阳电池10中应用的太阳电池11的平面图。图3是表示图2的A-A线截面的一部分的图。
太阳电池组件10包括：多个太阳电池11；配置在太阳电池11的受光面侧的第一保护部件12；和配置在太阳电池11的背面侧的第二保护部件13。多个太阳电池11由第一保护部件12和第二保持部件13夹持，并且由填充件14封固。
太阳电池组件10还包括将太阳电池11彼此电连接的配线件15。另外，太阳电池组件10通常包括将配线件15彼此连接的搭接配线件、框架、端子箱(均未图示)等。
太阳电池11包括：通过接收太阳光来生成载流子的光电转换部20；形成在光电转换部20的受光面上的作为受光面电极的第一电极30；和形成在光电转换部20的背面上的作为背面电极的第二电极40。太阳电池11中，光电转换部20中生成的载流子由第一电极30和第二电极40收集。此处，“受光面”是指太阳光从太阳电池11的外部主要入射的面，“背面”是指与受光面相反侧的面。例如，入射到太阳电池11的太阳光中50％～100％的光从受光面侧入射。
光电转换部20具有：由晶体硅(c-Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等半导体材料构成的衬底21；形成在衬底21的受光面上的非晶态半导体层22；和形成在衬底21的背面上的非晶态半导体层23。作为衬底21，特别优选n型单晶硅衬底。衬底21的受光面和背面优选具有凹凸高度为1μm～15μm左右的织构结构(未图示)。
非晶态半导体层22例如为依次形成有i型非晶硅层和p型非晶硅层的层结构。非晶态半导体层23例如为依次形成有i型非晶硅层和n型非晶硅层的层结构。另外，光电转换部20也可以是如下结构：在衬底21的受光面上依次形成i型非晶硅层和n型非晶硅层，在衬底21的背面上依次形成i型非晶硅层和p型非晶硅层。
第一电极30和第二电极40分别包括透明导电层31、41。透明导电层31、41例如由在氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)等金属氧化物中掺杂锡(Sn)、锑(Sb)等的透明导电性氧化物而构成。透明导电层31、41优选分别在非晶态半导体层22、23上以覆盖除了其端缘部的全域的方式形成。
第一电极30还包括形成在透明导电层31上的多个(例如50条)副栅线电极32和多个(例如两条)主栅线电极33作为经由透明导电层31收集载流子的集电极。副栅线电极32是形成在透明导电层31上的广范围上的细线状的电极。主栅线电极33是从副栅线电极32收集载流子的电极。在第一电极30中，隔开规定间隔相互平行地配置有各主栅线电极33，与其正交地配置有多个副栅线电极32。多个副栅线电极32配置成一部分从各主栅线电极33延伸到受光面的端缘侧，剩余部分连接各主栅线电极33。
第二电极40也与第一电极30同样地，包括形成在透明导电层41上的多个(例如250条)的副栅线电极42和多个(例如两条)主栅线电极43。各电极的配置与第一电极30的情况同样。
副栅线电极32、42和主栅线电极33、43(以下有时将它们合称作“集电极”)例如具有在粘合树脂中分散有导电性填料的结构。导电性填料例如可以使用银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)等的金属颗粒、碳、或它们的混合物等。其中，优选Ag颗粒。集电极例如通过使用了导电性浆料的丝网印刷法来形成。集电极也能够利用电镀法形成。
副栅线电极32的宽度从降低遮光损耗等观点出发，优选30μm～150μm左右，进一步优选40μm～100μm左右。主栅线电极33的宽度优选为50μm～300μm左右，进一步优选为80μm～150μm左右。副栅线电极32和主栅线电极33的高度(绒面结构的凸部至各电极的最上表面的长度)从降低遮光损耗等观点出发，优选40μm～150μm，且彼此为相同程度。对于第二电极40的副栅线电极42而言，优选使其宽度比副栅线电极32粗，使其高度比副栅线电极32低。
第一保护部件12例如能够使用玻璃衬底、树脂衬底、树脂膜等具有透光性的部件，不过从耐久性等观点出发优选为玻璃衬底。第二保护部件13能够使用与第一保护部件12同样的部件，但从削减成本、轻量化等观点出发，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等树脂衬底或树脂膜。另外，在不考虑来自背面侧的受光时，第二保护部件13可以设为不透明的衬底或树脂膜，例如可以设为层叠铝箔而得到的层叠基材。填充件14从与太阳电池11和配线件15的密合性等观点出发，优选使用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等树脂。
配线件15将相邻配置的太阳电池11彼此连接。配线件15的一端侧安装在相邻配置的太阳电池11中的一方的太阳电池11的第一电极30。配线件15的另一端侧与另一方的太阳电池11的第二电极40连接。配线件15在相邻的太阳电池11之间在太阳电池10的厚度方向折弯，将相邻的太阳电池11彼此串联连接。
接着，参照图4～图6，对配线件15与第一电极30和第二电极40的连接方式进行详细说明。图4是图2的B部放大图。该图中，为了使图面清楚，关于配线件15，用双点划线仅表示其外形线。图5和图6是表示图4的C-C线截面的一部分的图，分别表示受光面侧、背面侧。
配线件15利用粘接剂16来安装在第一电极30上和第二电极40上。粘接剂16例如优选使用在环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基甲酸乙酯树脂等中按需要混合固化剂后得到的热固化型粘接剂。这些树脂也可以含有Ag颗粒等导电性填料，但从降低制造成本、遮光损耗等观点出发，优选非导电性的热固化型粘接剂。作为粘接剂16的形态，例如能够例示为膜状或浆状。
配线件15沿着呈直线状延伸的主栅线电极33的长度方向设置在主栅线电极33上。配线件15也具有呈直线状延伸的形状，配线件15以其宽度方向中央部与主栅线电极33的宽度方向中央部一致的状态进行配置。配线件15的宽度W15从降低遮光损耗的观点出发优选为较细，但需要至少在制造时或使用时不会被切断的程度的机械强度，因此优选0.5mm～2.0mm左右，进一步优选0.8mm～1.5mm左右。即，配线件15的宽度W15比主栅线电极33的宽度W33宽，W15/W32优选2倍～15倍左右，进一步优选5倍～10倍左右。而且，配线件15以从主栅线电极33的宽度方向两侧伸出的状态被安装。因此，在副栅线电极32的与主栅线电极33接近的部分上也安装有配线件15。
配线件15在朝向第一保护部件12侧的面上具有凹凸15r。凹凸15r具有使照射在配线件15上的光扩散的功能。因凹凸15r而扩散的光被第一保护部件12再次反射到太阳电池11侧，所以能够提高太阳电池11的受光效率。凹凸15r的凹凸高度(凹部至凸部的沿厚度方向的长度)优选10μm～50μm左右。另外，配线件15的朝向第二保护部件13侧的面没有凹凸15r，是平坦的。因此，配线件15的与主栅线电极33相对的面是平坦的，在与主栅线电极43相对的面具有凹凸15r。
粘接剂16设置在配线件15的正下方区域R。具体而言，设置在配线件15与集电极之间以及配线件15与光电转换部20之间。介于配线件15与第一电极30的集电极之间的粘接剂16为少量，其厚度为数nm～数百nm左右。介于配线件15与第二电极40的集电极之间的粘接剂16比第一电极30侧多。这是因配线件15的凹凸15r而引起的，该粘接剂16优选设置成填充凹凸15r的凹部。
粘接剂16还设置成从正下方区域R露出，附着在配线件15的侧面15s上。“侧面15s”是指配线件15的沿厚度方向的面。即，在配线件15与集电极的连接方式中，形成作为粘接剂16的从正下方区域R露出的部分的边角部(fillet)16f(图4中加点的部分)。边角部16f例如在热压接配线件15时，将粘接剂16从正下方区域R挤出而形成。
边角部16f优选沿着配线件15的边缘形成在配线件15的宽度方向两侧。边角部16f包覆配线件15的侧面15s的一部分，将侧面15s与光电转换部20的受光面、背面直接粘接。由此，与仅在正下方区域R粘接配线件15的情况相比能够提高粘接力。另外，能够防止填充件14侵入到正下方区域R。
边角部16f的宽度在粘接剂16不具有遮光性的情况下，例如优选50μm～300μm左右。另一方面，在粘接剂16具有遮光性的情况下，优选为更窄。
太阳电池组件10在配线件15的正下方区域R具有空隙17。空隙17在正下方区域R存在多个，例如通过将空气导入到粘接剂16中或将空气导入到粘接剂16与集电极之间而形成。空隙17其周围被粘接剂16包围，所以可以说形成在粘接剂16中。另外，空隙17能够在将配线件15从集电极剥离后，利用电子显微镜(SEM)观察粘接剂16来进行确认。剥离配线件15后俯视观察粘接剂16的情况下的SEM图像如图4所示。
空隙17具有吸收由粘接剂16的热膨胀及其带来的收缩而产生的应力，缓解该应力的影响的功能。由此，能够抑制在配线件15与集电极的接触界面(配线件15与粘接剂16的界面、粘接剂16与集电极的界面)的剥离。另外，空隙17将粘接剂16从正下方区域R挤出，有效地形成边角部16f。空隙17优选设置在正下方区域R，但也可以存在于边角部16f中。
大部分的空隙17形成在正下方区域R中的配线件15与光电转换部20之间。空隙17例如在俯视时呈大致圆形，其尺寸(直径)优选40μm～150μm左右。空隙17例如包含从配线件15连通至光电转换部20的空隙。
空隙17在正下方区域R沿着主栅线电极33、43的边缘形成。例如，沿着主栅线电极33、43的边缘，多个空隙17形成为列状。而且，在主栅线电极33、43的边缘，空隙17形成的密度比其他区域高。另外，主栅线电极33、43的边缘是指，自电极端部起的距离为电极的宽度W33、W43左右的范围内。即，与正下方区域R的宽度方向两端部相比，宽度方向中央部侧的空隙17的密度更高。由此，能够充分缓解粘接剂16的体积变化带来的影响，并且在包含边角部16f部分的正下方区域R的宽度方向两端部附近实现高粘接力。
在本实施方式中，与受光面侧相比，在背面侧，在配线件15与集电极之间形成的空隙17更多。或者，仅在背面侧的配线件15与集电极之间形成空隙17。这是由于配线件15的凹凸15r引起的，在凹凸15r的凹部与第二电极40的集电极之间形成有空隙17。由此，背面侧的应力缓解效果变得显著，能够抑制太阳电池11的翘曲。这是因为第二电极40的金属颗粒成分比第一电极30多，所以在太阳电池11的背面侧相比于受光面侧，应力更强。
如图7所示，主栅线电极33也可以具有一边反复凹凸一边延伸，在俯视时呈锯齿状的形状。这种情况下，在配线件15的正下方区域R，也沿着主栅线电极33的边缘设置空隙17。另外，粘接剂16从正下方区域R露出，形成边角部16f。
接着，对具有上述结构的太阳电池组件10的制造方法的一例进行详细说明。此处，为了说明配线件15的安装工序，而参照图8和图9。图8和图9是表示在第一电极30的集电极上设置粘接剂16，将空隙17导入到正下方区域R的工序的截面图(对于第二电极40侧也同样)。
太阳电池组件10能够通过将各结构部件层叠并热压接的叠层工序而制造。这种情况下，填充件14例如以厚度为0.1mm～1.0mm左右的膜的方式被供给。太阳电池组件10的制造过程中，首先，利用公知的方法制造太阳电池11。准备太阳电池11后，在太阳电池11的第一电极30上和第二电极40上利用粘接剂16来安装配线件15，将相邻配置的太阳电池11彼此串联连接。这样，制得太阳电池11的组列。粘接剂16例如能够使用由膜状或浆状的热固化性树脂构成的粘接剂。
图8表示利用膜状的粘接剂16安装配线件15的情形。这种情况下，如图8(a)所示，将宽度比主栅线电极33宽的膜状的粘接剂16配置在集电极上。现有技术中，从该状态利用具有缓冲(cushion)性的部件一边按压粘接剂16一边进行热处理，粘接剂16沿着主栅线电极33的形状成形，但是在本实施方式中不使用这种部件。在本实施方式中，如图8(b)所示，进行处理，使得在粘接剂16与光电转换部20和集电极之间导入空气。作为该处理方法，能够例示利用平坦且刚性高的板来按压粘接剂16的方法。或者，也可以对粘接剂16吹热风来使其软化，利用粘接剂16的自重使其在宽度方向两侧垂下来。另外，热处理在粘接剂16发生软化且不被固化的程度的温度下进行。
图9是利用浆状的粘接剂16来安装配线件15的情形。这种情况下，使用含有成为空隙17的空气17z的浆状的粘接剂16。而且，利用分注器等将该粘接剂16涂敷在主栅线电极33上。含有空气17z的浆状的粘接剂16，例如能够通过在空气中对粘度被调整至能够保持空气17z且能够涂敷的程度的浆料进行搅拌处理来进行调整。调整后的粘接剂16不进行脱气处理，而被涂敷。
在配线件15的安装工序中，在如上所述那样被处理或涂敷的粘接剂16上配置配线件15，将其热压接。加热温度被设定为粘接剂16固化的温度。此时，存在于正下方区域R的粘接剂16的一部分从正下方区域R被挤出，形成边角部16f。另外，在粘接剂16固化前，存在空隙17的一部分被粘接剂包覆的情况。粘接剂16的使用量(重量)和热压接条件相同的情况下，空隙17的导入量越多，则粘接剂16从正下方区域R越容易被挤出，越容易形成边角部16f。即，根据本制造工序，通过调整空隙17的导入量，能够调整边角部16f的形状。
接着，在第一保护部件12上层叠构成填充件14的第一树脂膜，在第一树脂膜上层叠太阳电池11的组列。然后，在太阳电池11上层叠构成填充件14的第二树脂膜，在其上层叠第二保护部件13。接着，一边在各树脂膜熔融的温度下加热，一边从第二保护部件13侧施加压力进行层压。这样，获得太阳电池11的组列被填充件14密封的结构。最后，安装框架、端子箱，制得太阳电池组件10。
如上所述，太阳电池组件10在配线件15的正下方区域R具有空隙17，且沿着配线件15的边缘具有将侧面15s与光电转换部20直接粘接的边角部16f。空隙17吸收由于粘接剂16的热膨胀、随此产生的收缩而产生的应力，抑制粘接界面的剥离。而且，与仅在配线件15的正下方区域R粘接的情况相比，通过设置边角部16f，能够提高粘接力。
利用空隙17，能够容易地控制边角部16f的形状。例如，能够通过增加空隙17的导入量，一边减少粘接剂16的使用量，一边加宽边角部16f的宽度。如果减少空隙17的导入量，则能够使边角部16f的宽度变窄。
利用边角部16f等，能够提高正下方区域R的端部的粘接力，能够防止填充件14进入正下方区域R。若填充件14进入正下方区域R，则由于填充件14的热膨胀等促进配线件15的剥离，但如果采用上述粘接方式，就能够防止这种情况的发生。
因此，根据太阳电池组件10，能够维持配线件15与集电极的良好的连接性。
上述实施方式在能够实现本发明的目的的范围内可以适当地进行设计变更。例如，也可以使用没有凹凸15r的配线件。另外，替代副栅线电极42，也可以设置形成于透明导电层41上的全域的金属层。
光电转换部也可以应用上述以外的结构。
例如，如图10所示，也可以是这样的光电转换部50，该光电转换部50在由n型单晶硅等构成的衬底51的受光面侧依次形成有i型非晶硅层52和n型非晶硅层53，在衬底51的背面侧形成有i型非晶硅层54和p型非晶硅层55构成的p型区域和由i型非晶硅层56和n型非晶硅层57构成的n型区域。
在光电转换部50的情况下，仅在衬底51的背面侧设置电极。电极包括形成在p型区域上的p侧集电极58和形成在n型区域上的n侧集电极59。并且，在p型区域与p侧集电极58之间以及n型区域与n侧集电极59之间，形成有绝缘层61。这种情况下，在组件化时，在p侧集电极58上和n侧集电极59上，分别安装配线件15。
另外，如图11所示，也可以是这样的光电转换部70，该光电转换部70包括：由p型多晶硅等构成的衬底71；形成在衬底71的受光面上的n型扩散层72；和形成在衬底71的背面上的铝金属膜73。
附图标记说明
10 太阳电池组件，11 太阳电池，12 第一保护部件，13 第二保护部件，14 填充件，15 配线件，15r 凹凸，15s 侧面，16 粘接剂，16f 边角部，17 空隙，20 光电转换部，21 衬底，22、23 非晶态半导体层，30 第一电极，31、41 透明导电层，32、42 副栅线电极，33、43 主栅线电极，40 第二电极，R 正下方区域。

Claims (5)

1.一种太阳电池组件，其特征在于，包括：
具有光电转换部和形成在所述光电转换部上的电极的多个太阳电池；和
用粘接剂来安装在所述电极上，将所述太阳电池彼此连接的配线件，
在所述电极中包含宽度比所述配线件窄的主栅线电极，所述配线件以从所述主栅线电极的宽度方向两侧伸出的方式被安装，
所述粘接剂设置成从所述配线件与所述光电转换部之间的所述配线件的正下方区域露出，附着在所述配线件的侧面上，并且，以在所述正下方区域的所述粘接剂之中形成有空隙的方式设置在所述配线件与所述主栅线电极之间和所述配线件与所述光电转换部之间。
2.如权利要求1所述的太阳电池组件，其特征在于：
所述空隙形成于所述配线件与所述光电转换部之间。
3.如权利要求2所述的太阳电池组件，其特征在于：
所述空隙沿着所述主栅线电极的边缘形成。
4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳电池组件，其特征在于：
所述配线件在与所述电极相对的面上具有凹凸，
所述空隙形成于所述电极与所述配线件的凹部之间。
5.一种太阳电池组件的制造方法，其特征在于：
具有以下工序：准备在光电转换部上形成有电极的多个太阳电池，利用粘接剂将配线件热压接在所述太阳电池的所述电极上，将所述太阳电池彼此连接，其中，在所述电极中包含宽度比所述配线件窄的主栅线电极，所述配线件以从所述主栅线电极的宽度方向两侧伸出的方式被安装，
在所述工序中，在所述配线件与所述光电转换部之间的所述配线件的正下方区域设置所述粘接剂，在所述粘接剂之中导入空隙后，通过热压接所述配线件，将所述粘接剂以从所述正下方区域被挤压出而形成边角部，并且在所述正下方区域的所述粘接剂之中形成有空隙的方式设置在所述配线件与所述主栅线电极之间和所述配线件与所述光电转换部之间。
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