JP2010092908A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池モジュールの構成を複雑にすることなく、太陽電池セルの温度上昇を効果的に抑制する。
【解決手段】 太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの電極の少なくとも一部を、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料で形成する。ここで、その合金材料の固液共存状態となる温度範囲は、太陽電池セルの動作可能な温度範囲と少なくとも部分的に重複させるとよい。それにより、太陽電池セルが使用状態において温度上昇したときに、その電極の少なくとも一部が固液共存状態となり、太陽電池セルの熱が潜熱として吸収される。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

特許文献１に、太陽電池モジュールが開示されている。この太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、その複数の太陽電池セルの電極を電気的に接続するリード線を備えている。複数の太陽電池セル及びそれらを電気的に接続するリード線は、樹脂材料層内に封入されている。
太陽電池セルは、その温度が上昇すると、発電能力が低下することが知られている。そのことから、太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの温度上昇を抑制し、発電能力の低下を防止する必要がある。
上記の点に関して、特許文献１に記載の太陽電池モジュールでは、熱媒体が流れる集熱管を設け、太陽電池セルの冷却及び熱回収を行っている。この太陽電池モジュールのように、熱回収を併せて行う太陽電池モジュールは、一般にハイブリッド型の太陽電池モジュールと呼ばれている。
特開平１１−２４３４４１号公報

ハイブリッド型の太陽電池モジュールでは、集熱管による熱回収が行われることから、太陽電池セルの温度上昇を確実に防止することができる。しかしながら、集熱管や熱交換器を必要とするため、太陽電池モジュールの構成が比較的に複雑となってしまう。そのような構成を必要とすることなく、太陽電池セルの温度上昇を効果的に抑制することができる技術が必要とされている。
本発明は、上記の課題を解決する。即ち、本発明は、太陽電池モジュールの構成を複雑にすることなく、太陽電池セルの温度上昇を効果的に抑制することができる技術を提供する。

本発明は、少なくとも一つの太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに具現化される。この太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの電極の少なくとも一部が、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料で形成されている。そして、その合金材料の固液共存状態となる温度範囲が、太陽電池セルの動作可能な温度範囲と、少なくとも部分的に重複することを特徴とする。
この太陽電池モジュールでは、太陽電池セルが使用状態において温度上昇したときに、その電極の少なくとも一部が固液共存状態となり、太陽電池セルの熱が潜熱として吸収される。それにより、太陽電池セルの使用状態における温度上昇が効果的に防止される。このとき、太陽電池セルの電極は、完全に溶融するようなことはなく、固体部分が存在する固液共存状態となるに留まるので、その形状が失われるようなこともない。
この太陽電池モジュールによると、太陽電池セルの温度上昇が抑制され、発電能力の低下が防止される。太陽電池セルの電極の構成を変更するだけでよく、集熱管や熱交換器を必要とすることがないので、太陽電池モジュールの構成を比較的に簡素なものとすることができる。

上記した太陽電池モジュールは、太陽電池セルの電極に電気的に接続されているリード線をさらに有することが好ましい。この場合、太陽電池セルの電極とリード線は、前記した合金材料を介して互いに接合されていることが好ましい。
この構成によると、前記した合金材料が、太陽電池セルの冷却する機能だけでなく、太陽電池セルの電極とリード線とを接合する機能も持つことになる。太陽電池セルの電極とリード線とを接合するための接合材料を別途設ける必要がない。

上記した太陽電池モジュールは、太陽電池セルとリード線が封入されている樹脂材料層をさらに有することが好ましい。この場合、合金材料の固液共存状態となる温度範囲は、樹脂材料層を構成する樹脂材料の熱圧着が可能な温度範囲と、少なくとも部分的に重複することが好ましい。
詳しくは後述するように、太陽電池モジュールの樹脂材料層は、熱圧着によって形成することができる。この場合、樹脂材料層を形成する際の加熱温度が、合金材料を固液共存状態とする温度であれば、樹脂材料層を熱圧着によって形成する際に、合金材料を固液共存状態とすることができる。このとき、リード線をその合金材料に隣接させておけば、樹脂材料層を熱圧着によって形成すると同時に、太陽電池セルの電極とリード線を互いに接合させることができる。従って、太陽電池セルの電極とリード線を予め接合しておく必要がなくなり、太陽電池モジュールの製造工程を簡素なものとすることができる。

本発明は、上記からも明らかなように、新規で有用な太陽電池モジュールの製造方法にも具現化される。この製造方法は、少なくとも一つの太陽電池セルを有する太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池セルの電極にリード線を隣接配置するとともに、その太陽電池及びリード線を一対の樹脂材料シート間に配置する配置工程と、前記太陽電池及び前記リード線を挟んで一対の樹脂材料シートを熱圧着するラミネート工程を備えている。この製造方法では、太陽電池セルの電極の少なくとも一部が、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料で形成されており、その合金材料の固液共存状態となる温度範囲は、太陽電池セルの動作可能な温度範囲と少なくとも部分的に重複する。また、その合金材料の固液共存状態となる温度範囲は、ラミネート工程における加熱温度（到達温度）が含まれる範囲でもある。それにより、前記したラミネート工程では、固液共存状態となった前記合金材料によって、太陽電池セルの電極とリード線が互いに接合されることを特徴とする。
この製造方法によると、先に説明した本発明に係る太陽電池モジュールを、効率よく製造することができる。

本発明によると、比較的に簡素な構成でありながら、太陽電池セルの温度上昇が効果的に防止される太陽電池モジュールが実現される。本発明により、太陽電池モジュールの発電能力が顕著に改善され、太陽エネルギーの有効利用をより多くの分野で促進することができる。

最初に、本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
（形態１） 本発明は、様々なタイプの太陽電池モジュールに適用することができ、特に、太陽電池モジュールが有する太陽電池セルの種類（シリコン系、化合物系、有機系など）によって限定を受けることはない。太陽電池モジュールが有する太陽電池セルが、温度上昇に伴って発電能力が低下するものであれば、本発明を有効に実施することができる。
（形態２） 本発明を実施する際には、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料として、錫（Ｓｎ）を主成分とする合金を採用することができる。特に、Ｓｎ−４８Ｉｎ（固相線温度１１７℃、液相線温度１３１℃）、Ｓｎ−４３Ｐｂ−１４Ｂｉ（固相線温度１３５℃、液相線温度２０８℃）、Ｓｎ−２０Ｂｉ（固相線温度１４４℃、液相線温度２０８℃）、Ｓｎ−４０Ｂｉ（固相線温度１３９℃、液相線温度１７４℃）、Ｓｎ−５０Ｂｉ（固相線温度１３９℃、液相線温度１５４℃）等を好適に採用することができる。これらの合金は、固液共存状態となる温度範囲の少なくとも一部が、１５０℃以下（一般的な太陽電池セルの動作可能な温度範囲であり、通常の使用時に太陽電池セルが取り得る温度範囲）にあり、太陽電池モジュールの使用時に状態変化（相変化）することによって、太陽電池セルの熱を潜熱として吸収することができる。
（形態３） 樹脂材料層を形成する樹脂材料には、透明な樹脂材料を採用することができ、例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を採用することができる。また、樹脂材料層を形成する樹脂材料には、その強度を向上させるフィラーを含有させておくことが好ましい。

本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の太陽電池モジュール１０の構成を模式的に示す。
太陽電池モジュール１０は、主に、複数の太陽電池セル２０と、複数の太陽電池セル２０を電気的に接続する複数のリード線１８と、互いに対向するフロントカバー１２及びバックカバー１６と、フロントカバー１２とバックカバー１６の間に充填されている樹脂材料層１４を備えている。

各々の太陽電池セル２０は、太陽光や人工光等の光エネルギーを電力に変換する素子であり、太陽光や人工光が照射されると電力を発生する。複数の太陽電池セル２０は、複数のリード線１８によって直列に接続されている。複数の太陽電池セル２０及び複数のリード線１８は、フロントカバー１２とバックカバー１６の間に配置されており、樹脂材料層１４内に封入されている。

フロントカバー１２は、太陽電池モジュール１０の表面を保護する保護シートである。フロントカバー１２は、透明な材料で形成されている。フロントカバー１２は、例えば、ガラス又は透光性の樹脂フィルムによって形成することができる。
バックカバー１６は、太陽電池モジュール１０の裏面を保護するとともに、太陽電池モジュール１０の強度を確保するための保護シートである。バックカバー１６は、例えば、ガラス、金属、又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）によって形成することができる。

樹脂材料層１４は、複数の太陽電池セル２０及び複数のリード線１８を密閉しているとともに、フロントカバー１２とバックカバー１６を互いに接合している。樹脂材料層１４は、透明な樹脂材料で形成されている。樹脂材料層１４は、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）によって形成することができる。また、樹脂材料層１４には、その強度を向上させるフィラーが含有されている。
フロントカバー１２、バックカバー１６、及び樹脂材料層１４は、太陽電池セル２０を収容する筐体を構成しており、太陽電池セル２０を衝撃、水分、塵埃等から保護している。

図２に、一つの太陽電池セル２０の構成を模式的に示す。太陽電池セル２０は、単結晶のシリコン基板２６を利用したシリコン系の太陽電池セルである。図２に示すように、太陽電池セル２０は、主に、シリコン基板２６と、シリコン基板２６の表面（図２における上面）に形成された表面電極２２と、シリコン基板２６の裏面（図２における下面）に形成された裏面電極２８を備えている。
シリコン基板２６は、ｐ型の導電性を示すｐ型層２６ａと、ｎ型の導電性を示すｎ型層２６ｂの二層構造を有している。ｐ型層２６ａは、シリコン基板２６の裏面側に位置しており、ｎ型層２６ｂは、シリコン基板２６の表面側に位置している。このシリコン基板２６の二層構造は、例えば、ｐ型のシリコン基板を用意し、その表面にｎ型の不純物を導入することによって形成することができる。あるいは、ｐ型のシリコン基板を用意し、その表面にｎ型のシリコン層を結晶成長させることによって形成することができる。

表面電極２２は、シリコン基板２６の表面の一部に形成されている。それにより、表面電極２２が未形成の範囲において、太陽電池セル２０に照射された太陽光（あるいは人工光）が、シリコン基板２６へ入射できるようになっている。シリコン基板２６の表面の表面電極２２が未形成の範囲には、反射防止膜２４が形成されている。
表面電極２２は、主電極部２２ａと合金部２２ｂを有している。主電極部２２ａは、単一種の金属（例えば銀）で形成されており、シリコン基板２６のｎ型層２６ｂにオーミック接触している。合金部２２ｂは、主電極部２２ａの表面上に設けられており、主電極部２２ａとリード線１８を互いに接合している。ここで、合金部２２ｂは、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料であって、その固液共存状態となる温度範囲の少なくとも一部が１５０℃以下である合金材料で形成されている。ここで、１５０℃以下という温度範囲は、太陽電池セル２０の動作可能な温度範囲（上限温度）に一致する。即ち、合金部２２ｂが固液共存状態となる温度範囲は、太陽電池セル２０の動作可能な温度範囲と、少なくとも部分的に重複するように構成されている。

裏面電極２８は、シリコン基板２６の裏面の略全体に形成されている。裏面電極２８も同様に、主電極部２８ａと合金部２８ｂを有している。主電極部２８ａは、単一種の金属（例えば銀）で形成されており、シリコン基板２６のｐ型層２６ａにオーミック接触している。合金部２８ｂは、主電極部２８ａの表面上に設けられており、主電極部２８ａとリード線１８を互いに接合している。裏面電極２８においても表面電極２２と同様に、その合金部２８ｂは、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料であって、その固液共存状態となる温度範囲の少なくとも一部が１５０℃以下である合金材料で形成されている。即ち、裏面電極２８においても、その合金部２８ｂが固液共存状態となる温度範囲は、太陽電池セル２０の動作可能な温度範囲と、少なくとも部分的に重複するように構成されている。

ここで、１５０℃以下の温度範囲で固液共存状態となる合金材料としては、錫（Ｓｎ）を主成分とする合金材料に多く見られ、例えば、Ｓｎ−４８Ｉｎ（固相線温度１１７℃、液相線温度１３１℃）、Ｓｎ−４３Ｐｂ−１４Ｂｉ（固相線温度１３５℃、液相線温度２０８℃）、Ｓｎ−２０Ｂｉ（固相線温度１４４℃、液相線温度２０８℃）、Ｓｎ−４０Ｂｉ（固相線温度１３９℃、液相線温度１７４℃）、Ｓｎ−５０Ｂｉ（固相線温度１３９℃、液相線温度１５４℃）を挙げることができる。表面電極２２の合金部２２ｂ及び裏面電極２８の合金部２８ｂは、上記したいずれの合金材料を用いて形成してもよい。この場合、両電極２２、２８の合金部２２ｂ、２８ｂは、同じ種類の合金材料で形成することもできるし、互いに異なる種類の合金材料で形成してもよい。なお、本実施例では、両電極２２、２８の合金部２２ｂ、２８ｂを、Ｓｎ−４８Ｉｎ（固相線温度１１７℃、液相線温度１３１℃）で形成している。

以上の構成により、本実施例の太陽電池モジュール１０では、太陽光（又は人工光）が照射されると、各々の太陽電池セル２０がその光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーがリード線１８を通じて出力される。
太陽電池モジュール１０では、上記した発電時に太陽電池セル２０が発熱し、また、電気エネルギーに変換されない光エネルギーによって、太陽電池セル２０の温度が上昇していく。公知のように、太陽電池セル２０は、温度上昇に伴ってその発電能力が低下する（特に、出力電圧が低下する）。また、太陽電池セル２０の温度上昇が進めば、樹脂材料層１４の変質、変形といった太陽電池モジュール１０の故障が生じる。そのことから、太陽電池モジュール１０では、一般に、太陽電池セル２０の温度が１５０℃以下となるように抑制されることが好ましい。
それに対し、本実施例の太陽電池モジュール１０では、太陽電池セル２０の温度が合金部２２ｂ、２８ｂの固相線温度（ここでは１１７℃）に到達した時点で、合金部２２ｂ、２８ｂの状態変化が開始する。即ち、合金部２２ｂ、２８ｂは、固相から固液共存相へと状態変化し、太陽電池セル２０の熱を潜熱として吸収していく。それにより、太陽電池セル２０の温度上昇が効果的に防止される。このとき、合金部２２ｂ、２８ｂは、完全に溶融するようなことはなく、固体部分が存在する固液共存状態となるに留まるので、その形状が失われるようなこともなく、リード線１８との接合が外れてしまうこともない。

次に、図３を参照しながら、太陽電池モジュール１０の製造方法について説明する。
先ず、図３に示すように、太陽電池モジュール１０を構成する各部材を、一対のプレス型５０の間に配置する配置工程を実施する。この工程では、バックカバー１６から順に、第１の樹脂材料シート１４ｂ、複数の太陽電池セル２０及び複数のリード線１８、第２の樹脂材料シート１４ａ、フロントカバー１２と配置していく。このとき、各電極２２、２８の合金部２２ｂ、２８ｂとリード線１８が互いに接触するように、太陽電池セル２０の各電極２２、２８とリード線１８を隣接配置する。
次いで、一対のプレス型５０によって加熱プレスを行い、一対の樹脂材料シート１４ａ、１４ｂを熱圧着するラミネート工程を実施する。それにより、一対の樹脂材料シート１４ａ、１４ｂは一体となり、樹脂材料層１４が形成される（図１参照）。フロントカバー１２及びバックカバー１６は、樹脂材料層１４によって互いに接合される。また、複数の太陽電池セル２０及び複数のリード線１８は、樹脂材料層１４内に封入される。

ここで、ラミネート工程における加熱温度（プレス型５０の設定温度）は、合金部２２ｂ、２８ｂの固相線温度よりも高い温度であって、かつ、その液相線温度よりは低い温度に設定する。例えば、合金部２２ｂ、２８ｂをＳｎ−４８Ｉｎ（固相線温度１１７℃、液相線温度１３１℃）で形成した場合、ラミネート工程における加熱温度は１２０℃〜１３０℃に設定するとよい。ラミネート工程における加熱温度が合金部２２ｂ、２８ｂの固相線温度よりも高いと、ラミネート工程時に合金部２２ｂ、２８ｂが固液共存状態へと変化する。それにより、隣接配置された電極２２、２８とリード線１８との接合を同時に行なうことができる。また、ラミネート工程における加熱温度が、合金部２２ｂ、２８ｂの液相線温度よりも低い温度であれば、合金部２２ｂ、２８ｂが完全に溶融することはないので、合金部２２ｂ、２８ｂの形状が大きく変化するようなことも防止される。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記した実施例では、電極２２、２８の一部に合金部２２ｂ、２８ｂを形成したが、電極２２、２８ｂの全体を合金材料で形成する構成としてもよい。また、合金部２２ｂ、２８ｂは、電極２２、２８の表面だけでなく、電極２２、２８の内部に形成することもできる。
また、上記した実施例では、電極２２、２８の一部に合金部２２ｂ、２８ｂを形成したが、リード線１８の少なくとも一部に同様の合金部を形成する構成とすることもできる。この場合でも、太陽電池セル２０の温度上昇によってリード線１８が固液共存状態へと変化し、太陽電池セル２０の熱を潜熱としてリード線１８に吸収させることができる。それにより、太陽電池セル２０の温度上昇を効果的に防止することができる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

太陽電池モジュールの構成を示す図。 太陽電池セルの構成を示す図。 太陽電池モジュールの製造工程を示す図。

符号の説明

１０：太陽電池モジュール
１２：フロントカバー
１４：樹脂材料層
１６：バックカバー
１８：リード線
２０：太陽電池セル
２２：表面電極
２２ａ：主電極部
２２ｂ：合金部
２６：シリコン基板
２６ａ：ｐ型層
２６ｂ：ｎ型層
２８：裏面電極
２８ａ：主電極部
２８ｂ：合金部
５０：プレス型

Claims (4)

1. 少なくとも一つの太陽電池セルを有する太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池セルの電極の少なくとも一部は、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料で形成されており、
   前記合金材料の固液共存状態となる温度範囲は、前記太陽電池セルの動作可能な温度範囲と、少なくとも部分的に重複することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池セルの電極に電気的に接続されているリード線をさらに有し、
   前記太陽電池セルの電極と前記リード線は、前記合金材料を介して互いに接合されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記太陽電池セルと前記リード線が封入されている樹脂材料層をさらに有し、
   前記合金材料の固液共存状態となる温度範囲は、前記樹脂材料層を構成する樹脂材料の熱圧着が可能な温度範囲と、少なくとも部分的に重複することを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 少なくとも一つの太陽電池セルを有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
   太陽電池セルの電極にリード線を隣接配置するとともに、その太陽電池及びリード線を一対の樹脂材料シート間に配置する配置工程と、
   前記太陽電池及び前記リード線を挟んで一対の樹脂材料シートを熱圧着するラミネート工程を備え、
   前記太陽電池セルの電極の少なくとも一部は、所定の温度範囲で固液共存状態となる合金材料で形成されており、
   前記合金材料の固液共存状態となる温度範囲は、前記太陽電池セルの動作可能な温度範囲と少なくとも部分的に重複するとともに、前記ラミネート工程における加熱温度が含まれる範囲であり、
   前記ラミネート工程では、固液共存状態となった前記合金材料によって、前記太陽電池セルの電極と前記リード線が互いに接合されることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

Images