JP2013110248A - 太陽電池用電気回路及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池用電気回路において、簡便な方法で電気回路パターンを保護し、高温高湿度下での耐久性、耐酸性に優れた信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】絶縁基板上に接着剤を介して電気配線とソルダーレジストが形成された太陽電池用電気回路であって、前記電気配線とソルダーレジストの上面に防錆膜を設け、また、前記防錆膜が軟化温度１７０℃以上２００℃以下のホットメルト接着剤からなり、且つ、膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であることを特徴とする太陽電池用電気回路である。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックコンタクト式太陽電池モジュールにおいて電気配線を含む絶縁基材と封止材の間に防錆層を備えた太陽電池用電気回路に関する。

近年、自然エネルギーを利用する発電システムである太陽光発電の普及が急速に進められている。太陽光発電をするための太陽電池モジュールは、高い発電効率とともに、屋外で使用した場合にも長期間の使用に耐えうる耐久性が求められている。また太陽電池モジュールの中でもバックコンタクト式は製造プロセスが複雑になるものの受光面の裏面に電極を配置することで、太陽光を受光できる面積を増やし、変換効率を向上させられるというメリットがある。

バックコンタクト式太陽電池モジュールは受光側に配置された透光性基板と、裏面側に配置されたバックシートと、透光性基板およびバックシートの間に封止された多数の太陽電池セルとを有している。一般的な太陽電池セルは、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム等の封止用フィルムに挟まれて封止されている。従来、太陽電池セルの封止材（ＥＶＡ）が吸湿することにより、加水分解で遊離した酢酸が配線を腐食させる問題があった。それを防止する為に、封止材の改良や封止膜の改良として、例えば特許文献１〜３に開示された技術が提案されている。

特許文献１では、太陽電池の回路を覆う封止材であるＥＶＡの周りに、ポリイソブチレン系樹脂などで形成される水蒸気バリア材料を成膜したものである。これにより封止材側面を通しての水分の侵入による導体テープや裏面電極の腐食を防止して優れた長期信頼性に示し、かつ安価で製造が容易な太陽電池モジュールを提供している。

特許文献２、３の太陽電池モジュールでは、太陽電池の内部などに含まれる金属腐食の抑制性能及び透明性に優れ、これらをより長期間に亘って維持することが可能な封止膜を提供している。特許文献２の封止膜は、エチレン−極性モノマー共重合体とイソシアネート化合物より形成された、少なくとも一個のカルボジイミド基を有するカルボジイミド化合物とを含み、前記カルボジイミド化合物における未反応イソシアネート基の含有量が１．０質量％以下であるものである。また、特許文献３はエチレン−極性モノマー共重合体と、末端にイソシアネート基を有するカルボジイミド化合物よりなる封止膜である。

しかしながら、特許文献１〜３に開示された封止膜は、成膜方法が複雑で樹脂を改良するなどの問題がある。

特開２００１−１４８４９６号公報 特開２００８−２９１２２２号公報 特開２０１１−０２６５６２号公報

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、太陽電池用電気回路において、簡便な方法で電気回路パターンを保護し、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、絶縁基材上に接着剤を介して電気配線とソルダーレジストが形成された太陽電池用電気回路であって、前記電気配線とソルダーレジストの上面に防錆層を設けたこと特徴とする太陽電池用電気回路である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記防錆層が軟化温度１７０℃以上２００℃以下のホットメルト接着剤からなり、且つ、膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用電気回路である。

すなわち、本発明の太陽電池用電気回路は防錆層、電気配線を含む絶縁基材を有し、前記防錆層は、膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以下で封止材と電気配線パターンの間に塗布されており、前記防錆層は軟化温度が１７０℃以上２００℃以下のホットメルト接着剤である。この接着剤の膜厚の制御により、太陽電池セルとの電気的接続を妨げることなく、太陽電池用電気回路パターンを保護することが可能となる。また接着剤の軟化温度を１７０℃以上２００℃以下とすることで導電ペーストが溶ける２００℃付近温度で、電極上の防錆層が除去され、封止材の熱処理温度である１５０℃付近では固まったままの防錆層を作製することができ、回路パターンを保護することできる。

また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の太陽電池用電気回路を具備してなることを特徴とする太陽電池モジュールである。すなわち、本発明の太陽電池用電気回路を具備することにより、封止材であるＥＶＡ樹脂から酢酸の気体化による回路パターンの侵食や回路の変色を防止することができ、高寿命の太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明による太陽電池用電気回路によれば、太陽電池回路パターンの侵食や回路の変色を防ぐことができ、高寿命の太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態による太陽電池用電気回路を含む太陽電池モジュールの断面模式図である。 本発明の一実施形態による太陽電池用電気回路の断面模式図である。

以下、本発明の一実施形態による太陽電池用電気回路について具体的に説明する。

図１に示すように、本発明の太陽電池用電気回路を具備する太陽電池モジュールは、絶縁基材９上に接着剤８を介して電気配線６とソルダーレジスト７が形成された太陽電池用電気回路であって、前記電気配線６とソルダーレジスト７の上面に防錆層５を設けたこと特徴とする。前記防錆層の上には封止材２の層があり、電気配線層には太陽電池セル３と電気的接続をとるための電極が存在する。電極上は封止材２に穴を開け、金属、導電性高分子などの導電体が充填される。本発明では、電極上の防錆層５ははんだ、導電ペースト４などの溶融時に軟化し、電気配線層と太陽電池セルとの導電を妨げることはない。電極以外の電気配線層は防錆層５が存在することから封止材２からの酸の侵食に耐えることができる。

図２は本発明の一実施形態による太陽電池用電気回路の断面模式図を示している。本発明に係る太陽電池用電気回路は、絶縁基材９上に設けた回路層（電気配線６課ら構成される回路の総称）が前記太陽電池セルに電気的に接続される層である。この回路層は積層配
列される多数の太陽電池セルを電気的に直列に接続するパターンを有している。前記回路層を構成する電気配線６の材料としては、電気抵抗が低い材料、例えば銅、アルミニウム、鉄−ニッケル合金などが使用される。また、導電性高分子を使用することもできる。前記回路層の表面は、防錆層５との密着性を向上させるために、ギ酸、硫酸、硝酸などの腐食性薬液によって粗面化処理が施されていることが好ましい。

以下、本発明の太陽電池用電気回路に係る構成部材について説明する。

本発明に係る前記防錆層には、電気配線パターンとの優れた密着性、高い軟化点及び優れた電気絶縁性が要求される。このような要求特性から、前記防錆層に用いられる材料としては、高分子材料によるホットメルト接着剤が好ましい。ホットメルト接着剤は主成分がＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合物）タイプ、ＰＰ（ポリオレフィン共重合物）タイプ、ＰＡ（ポリアミド）タイプ等が一般に知られている。特にＰＰタイプのホットメルト接着剤は難燃性に優れ、ポリエチレン、ポリプロピレンに接着できるため電気・電子部品の固定によく使われている。また均一な膜を得ることが可能であり、金属との密着性も良く、耐酸性、電気絶縁性に優れているため防錆層の材料としてより好ましい。

また、防錆層の厚みは０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、この範囲であれば、封止材の分解によって出る酸の侵食から電気配線を守ることができ、導電性ペースト実装時の温度で電極上の防錆層を溶かすことができる。一方、防錆層の膜厚が０．１μｍ未満であると酸の侵食に耐えられなくなり、また製造工程におけるハンドリング性が落ちて扱いにくくなる。また、２μｍを超えるとはんだ実装時の温度で防錆層が溶けきらず、残ってしまう問題がある。そのため、防錆層の膜厚は、０．１μｍ〜２μｍの範囲であることが好ましい。

前記防錆層に用いられるホットメルト接着剤の軟化温度は１７０℃以上２００℃以下であることが好ましい。この範囲であれば、導電ペーストが溶ける２００℃付近温度で軟化し、封止材の熱処理温度である１５０℃付近では固まったまま軟化しない防錆層を作製することができ、太陽電池用電気回路パターンを保護できる。

防錆層の形成方法としては、ホットメルト接着剤を加熱溶融して膜厚を容易に制御であれば塗布方法であれば特に限定するものではない。例えば、加熱によりホットメルト接着剤を溶解して太陽電池用電気回路パターンに塗布し、その後常温に戻して接着剤を固めて形成するダイコート法が利用できる。また、加熱溶解したホットメルト接着剤に太陽電池用電気回路形成後の基板を浸けて、一定速度で基板を引き上げ、基板を常温に戻して接着剤を固めて形成するディップ法が利用できる。中でも特に、発明者等が開発した毛細管現象を利用するキャップコーターが膜厚精度において好ましい。キャップコーターであれば０．１〜２μｍの膜を均一（塗布精度±２％以内）で効率のよい防錆膜の塗布が可能である。

次に前記導電ペースト４について説明する。前記導電ペースト４は、回路層と太陽電池セルとの電気的接続を補助する部材であり、太陽電池セルの電極に対応して配設されている。本発明の一実施形態である図１では、導電ペースト４が球状であるが特に限定するものではない。導電ペースト４の材料としては、電気抵抗が低い材料が使用できる。中でも回路層との電気抵抗が低くなることから、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有することが好ましい。特に、粘度が高く容易に所望の形状に形成するために、銀、銅、錫、半田（銅と鉛が主成分である。）よりなる群から選ばれる１種以上の金属を含有する導電性ペーストにより形成されていることが好ましい。

また、導電性ペースト４は、１７０℃〜２３０℃で溶融するものが好ましい。これは導
電性ペースト４が溶融する温度で防錆層５が軟化する必要があり、防錆層５の軟化温度が１７０℃〜２００℃であるためである。この溶融温度範囲の導電性ペーストとしては、ポリマーと導電性フィラーを含有し、ポリマーの硬化による導電性フィラーの物理的接触によって導電性を発現するもの、有機物に銀もしくは銅を配位、還元させたナノ粒子を含有し、低温焼結（１７０〜２００℃）させることにより導電性を発現するものが挙げられる。電気抵抗がより低くなる点では、後者の材料が好ましい。

本発明に係る前記絶縁基材としては、ＰＥＴフィルム、ＰＥＮフィルムなどの高分子フィルムが好ましい。ＰＥＴフィルムはコストパフォーマンスに優れており、ＰＥＮフィルムはＰＥＴフィルムより価格が高いものの、耐熱性、ガスバリヤ性、耐化学薬品性、機械的強度などの点で優れている。

また、本発明に係る封止層は封止用フィルムにより形成される。封止用フィルムとして、例えばＥＶＡフィルム、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂フィルムなどが使用される。通常、封止用フィルムは、太陽電池セルを挟み込むように２枚以上で使用される。

以下に、本発明の太陽電池用電気回路及び太陽電池モジュールについて、実施例により詳細な説明をする。

支持体を兼ねる絶縁基材としてＰＥＴフィルムを用い、その一方の面に絶縁性をより向上させる目的でガラスエポキシ樹脂を塗工した。次に、前記絶縁基材のガラスエポキシ樹脂面に、回路層形成用としてＣｕ箔を積層して積層体を得た。

次に、前記積層体のＣｕ箔面上にエッチングレジストを塗布し、露光、現像により太陽電池用回路パターンを形成した。なお、エッチング、レジスト剥離後のＣｕパターンは厚さ３５μｍ、線幅２０ｍｍ、線間１ｍｍであった。

次に、太陽電池用回路パターンを形成した積層体の全面にスプレーコート装置を用いてソルダーレジストを塗布し、露光、現像により回路パターン部上のソルダーレジストを除去した。

次に、２００℃で溶かしたホットメルト接着剤を前記回路パターン側の全面にキャップコーターを用いて塗布し、防錆層を設けて太陽電池用電気回路を作製した。このときの防錆層の厚さは１．０〜１．５μｍであった。

次に前記太陽電池用電気回路のソルダーレジスト開口部に銀ナノ粒子を含む導電ペーストを充填させ、太陽電池セルを介して上下からＥＶＡフィルムをはさみ、１５０℃１５分で熱処理して封止層と積層し、さらに上下からガラスパネル、太陽電池バックシートを挟みこみ太陽電池モジュールを完成させた。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の構成や材料等の変更が可能であり、これらも本発明に含まれる。また、上述の実施形態等では、ソルダーレジスト層があるが、これの作製は任意である。

＜評価結果＞
実施例で得られた本発明品を用いて、図１の導電ペースト４と電気配線層６との電気的導通試験を実施した結果、良好な結果が得られた。
なお、前記電気的導通試験はデジタルマルチメータを用いて、図１に示す太陽電池用電
気回路の一部である封止材２、防錆層５、ソルダーレジスト７に、レーザで１０ｍｍ程度の穴を開け、電気配線６を露出させた箇所と導電ペースト４間の導通を確認した。また、この際に防錆層５を剥がし、回路に変色がないことも確認した。これらの結果から、防錆層により実装時の酢酸の滲み出しが防げ、且つ、防錆層が電気的接続を阻害しないことが確認できた。

本発明の太陽電池用電気回路は保護膜に耐酸性、水蒸気バリア性、耐候性に優れたホットメルト接着剤を用いており、高寿命の太陽電池モジュールの一部材として有用である。

１ ガラスパネル
２ 封止材
３ 太陽電池セル
４ 導電ペースト
５ 防錆層
６ 電気配線
７ ソルダーレジスト
８ 接着剤
９ 絶縁基材
１０ 太陽電池バックシート

Claims (3)

1. 絶縁基板上に接着剤を介して電気配線とソルダーレジストが形成された太陽電池用電気回路であって、前記電気配線とソルダーレジストの上面に防錆膜を設けたこと特徴とする太陽電池用電気回路。
2. 前記防錆膜が軟化温度１７０℃以上２００℃以下のホットメルト接着剤からなり、且つ、膜厚が０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用電気回路。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池用電気回路を具備してなることを特徴とする太陽電池モジュール。