JP2015079858A - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な太陽電池の出力測定を可能としながら、導線の取り付け時における太陽電池基板の破損を抑制する。
【解決手段】太陽電池は、光電変換部２１と、光電変換部２１の受光面上に設けられた複数のフィンガー電極２４と、各フィンガー電極２４のうち少なくとも半数以上のフィンガー電極２４同士を接続する出力測定用電極２６であって、導線１４が取り付けられる部分と異なる部分である導線接続領域に設けられた出力測定用電極２６とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。

従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池のフィンガー電極と略直交して設けられるバスバー電極上に導線を取り付けて太陽電池のストリングを形成している（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１では、太陽電池基板の割れを防止するために、基板の端部に格子状の補助膜を備えた太陽電池が提案されている。

特開２０１１−７７３６２号公報

ところで、従来の太陽電池モジュールの製造過程では、フィンガー電極と略直交するバスバー電極上に導線を取り付ける際、太陽電池基板に割れが発生する場合があった。本発明者らは、かかる基板割れの主要因が、フィンガー電極とバスバー電極との交点で電極の厚みが増加することに起因した当該交点に対する導線取り付け時の応力集中であることをつきとめた。しかし、バスバー電極は、検査工程における太陽電池の出力測定にも使用されているため、バスバー電極を無くすと出力測定に手間がかかる。

即ち、本発明の目的は、簡便な太陽電池の出力測定を可能としながら、導線の取り付け時における太陽電池基板の破損を抑制することである。

本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の少なくとも一方の面上に設けられた複数のフィンガー電極と、当該各フィンガー電極のうち少なくとも半数以上のフィンガー電極同士を接続する出力測定用電極であって、導線が取り付けられる部分と異なる部分に設けられた出力測定用電極とを備える。

本発明に係る太陽電池モジュールは、上記太陽電池を複数備え、太陽電池同士が導線で接続された太陽電池モジュールであって、導線は、出力測定用電極と重ならない位置において各フィンガー電極上に取り付けられている。

本発明によれば、簡便な太陽電池の出力測定を可能としながら、導線の取り付け時における太陽電池基板の破損を抑制することができる。

本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図である。 本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュール（導線が取り付けられた太陽電池）を受光面側から見た図である。 本発明の実施形態の一例である太陽電池を受光面側から見た図である。 本発明の実施形態の一例である太陽電池を裏面側から見た図である。 図３のＡＡ線断面の一部を示す図である。 本発明の実施形態の一例である太陽電池の第１の変形例を示す図である。 本発明の実施形態の一例である太陽電池の第２の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態の一例である太陽電池モジュール１０、及び太陽電池モジュール１０を構成する太陽電池２０について詳細に説明する。実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において、太陽電池及び太陽電池モジュールの「受光面」とは太陽光が主に入射（５０％超過〜１００％）する面を意味し、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味する。受光面、裏面の用語は、光電変換部等の他の構成要素についても使用する。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」等の記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２の部材の間に、その他の部材が存在する場合を含む。

図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池２０と、太陽電池２０の受光面側に設けられた第１保護部材１１と、太陽電池２０の裏面側に設けられた第２保護部材１２とを備える。複数の太陽電池２０は、第１保護部材１１及び第２保護部材１２により挟持されると共に、各保護部材の間に充填された封止材１３により封止されている。封止材１３は、太陽電池２０と第１保護部材１１との間に設けられた封止材１３ａと、太陽電池２０と第２保護部材１２との間に設けられた封止材１３ｂとを含むことが好適である。

太陽電池モジュール１０は、隣り合う太陽電池２０同士が導線１４で接続されてなるストリングを有する。ストリングとは、列状に配置された複数の太陽電池２０が導線１４によって直列接続されたものである。導線１４は、隣り合う太陽電池２０の間で太陽電池モジュール１０の厚み方向に曲がって、一方の太陽電池２０の受光面と他方の太陽電池２０の裏面とに接着剤等を用いてそれぞれ取り付けられる。本実施形態では、隣り合う太陽電池２０同士が３本の導線１４を用いて接続されている。

第１保護部材１１には、例えば、ガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。第２保護部材１２には、第１保護部材１１と同じ透明な部材を用いてもよいし、不透明な部材を用いてもよい。保護部材の好適な組み合わせとしては、例えば、第１保護部材１１にガラス基板を用い、第２保護部材１２に樹脂フィルムを用いる。封止材１３には、オレフィン系樹脂（特に、エチレンを含む重合体）や、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のαオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体を用いることが好ましい。

図２〜図５に示すように、太陽電池２０は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部２１を備える。光電変換部２１は、例えば、４つの角が斜めにカットされた平面視略正方形状を有する。光電変換部２１には、その受光面上に複数のフィンガー電極２４が設けられている。本実施形態では、光電変換部２１の裏面上にも複数のフィンガー電極２５が設けられている。

光電変換部２１は、例えば、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板と、基板上に形成された非晶質半導体層とを有する。具体例としては、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層を順に形成し、裏面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層を順に形成した構造が挙げられる。

光電変換部２１と上記各電極との間には、透明導電層２２，２３を設けることが好適である。透明導電層２２，２３は、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。透明導電層２２は、例えば、光電変換部２１の受光面上において、受光面の端から所定幅の領域を除く略全域に設けられる。透明導電層２３は、光電変換部２１の裏面上において、裏面の端から所定幅の領域を除く略全域に設けられる。

フィンガー電極２４，２５は、光電変換部２１で生成されたキャリアを収集するために、透明導電層２２，２３上の広範囲にそれぞれ形成される細線状の電極である。本実施形態では、複数のフィンガー電極２４（フィンガー電極２５についても同様）が、一の方向に沿って透明導電層２２の端縁から端縁まで直線状に形成されている。また、複数のフィンガー電極２４は、互いに略平行、且つ略等間隔で形成されている。フィンガー電極２４は、その長手方向端部が斜めにカットされた光電変換部２１の角に位置するものを除いて略同じ長さを有する。

フィンガー電極２４，２５は、例えば、バインダ樹脂中に銀粒子等の導電性フィラーが分散した構造を有する。この場合、導電性ペーストのスクリーン印刷によりフィンガー電極２４，２５を形成することができる。フィンガー電極２４，２５は、金属メッキ法により形成される金属電極であってもよい。

フィンガー電極２５は、フィンガー電極２４よりも大面積に設けられることが好適である。例えば、電極の幅や本数を、フィンガー電極２５＞フィンガー電極２４とすることが好適である。即ち、裏面上に設けられる電極（裏面電極）は、受光面上に設けられる電極（受光面電極）よりも大面積に形成される（電極面積が大きい方の面が「裏面」であるといえる）。なお、裏面電極としては、フィンガー電極２５の代わりに、Ａｇ等の金属薄膜層を適用することもできる。

太陽電池２０の受光面上及び裏面上において、導線１４は、フィンガー電極２４，２５上にそれぞれ取り付けられる。本実施形態では、フィンガー電極２４，２５の長手方向と、導線１４の長手方向とが互いに略直交するように、３本の導線１４が取り付けられる（図２参照）。３本の導線１４は、互いに略等間隔で取り付けられ、中央の導線１４は光電変換部２１の略中心を通るように取り付けられる。導線１４の取り付けには、接着剤を用いることが好ましい。接着剤は、非導電性の接着剤であってもよいし、導電性フィラーを含む導電性接着剤であってもよい。

太陽電池２０は、複数のフィンガー電極２４のうち、少なくとも半数以上のフィンガー電極２４同士を接続する出力測定用電極２６を備える。出力測定用電極２６は、例えば、太陽電池２０の検査工程における出力測定に使用される。出力測定用電極２６は、安定した測定結果を得るために、少なくとも受光面の中央部を通るフィンガー電極２４同士を接続して設けられることが好適である。

出力測定用電極２６は、細線状の電極であって、フィンガー電極２４，２５と同様に導電性ペーストのスクリーン印刷やメッキにより形成することができる。出力測定用電極２６は、光電変換部２１の受光面上のみに設けられることが好適である。これにより、太陽電池２０の材料コストを削減することができる。また、出力測定用電極２６は、材料コスト削減や遮光ロス低減等の観点から、出力測定に支障をきたさない範囲で細く形成することが好ましい。

出力測定用電極２６は、フィンガー電極２４と同じ材料で形成してもよいが、低コスト化のために、出力測定に支障をきたさない範囲（例えば、若干抵抗率が上がってもよい）で、銀等の導電材料の含有量をフィンガー電極２４より少なくしてもよい。例えば、フィンガー電極２４では銀の含有量を９０ｗｔ％以上とすることが好ましいが、出力測定用電極２６では銀の含有量を７０ｗｔ％以上とすれば問題なく出力測定が可能である。

出力測定用電極２６は、モジュール化するときに導線１４が取り付けられる部分である導線接続領域２７と異なる部分に設けられる（図３参照）。つまり、太陽電池モジュール１０では、出力測定用電極２６と重ならない位置においてフィンガー電極２４，２５上に導線１４が取り付けられる。導線１４を取り付ける際には、導線１４を太陽電池２０の基板（光電変換部２１）に押し付ける力が加わるが、導線接続領域２７に出力測定用電極２６を設けないことで、かかる力が特定の場所に集中することを防止できる。これにより、光電変換部２１の破損が抑制される。

本実施形態では、２本の出力測定用電極２６が設けられており、出力測定用電極２６の各々は、フィンガー電極２４の全てに接続されている。２本の出力測定用電極２６は、光電変換部２１の略中心を通る導線接続領域２７に対して、左右対称に設けられている。出力測定用電極２６がフィンガー電極２４の全てに接続される場合、その本数は、測定精度の向上及び遮光ロスの低減等の観点から、２本又は３本であることが好ましい。

出力測定用電極２６は、光電変換部２１の端縁に設けられることが好適である。「光電変換部２１の端縁」とは、光電変換部２１の端から所定幅の範囲を意味する。所定幅とは、例えば、光電変換部２１の一辺の長さの１０％以下の範囲、好ましくは５％以下の範囲である。光電変換部２１の端縁は、中央部に比べて発電効率が低い傾向にあるから、端縁に出力測定用電極２６を設けることで、出力測定用電極２６による遮光ロスの影響を小さくすることができる。

出力測定用電極２６は、透明導電層２２の端縁に沿って設けることができる。出力測定用電極２６は、光電変換部２１の角にも設けられている。光電変換部２１の角に位置する部分を除いて出力測定用電極２６の大部分が、フィンガー電極２４と略直交している。フィンガー電極２４は、その長手方向端部が透明導電層２２の端縁まで延びており、出力測定用電極２６は、フィンガー電極２４の長手方向端部同士を接続している。本実施形態では、全てのフィンガー電極２４の両端部が、２本の出力測定用電極２６によりそれぞれ接続されている。出力測定用電極２６は、透明導電層２２上に設けられているが（図５等参照）、透明導電層２２が形成されていない領域に設けられてもよい。

図６及び図７に、太陽電池２０の変形例を示す。
図６に示す例では、導線接続領域２７よりも光電変換部２１の中央よりに、フィンガー電極２４と略直交して２本の出力測定用電極２６ｘが設けられている。この場合も、出力測定用電極２６ｘの各々が全てのフィンガー電極２４に接続されている。また、２本の出力測定用電極２６ｘは、光電変換部２１の略中心を通る中央の導線接続領域２７に対して左右対称に設けられている。

図７に示す例では、複数の出力測定用電極２６ｙが同一直線上に並んで設けられている。即ち、複数の出力測定用電極２６ｙがそれぞれの間に隙間をあけて断続的に設けられている。出力測定用電極２６ｙの各々は、複数のフィンガー電極２４同士を接続している。複数の出力測定用電極２６ｙによって、全てのフィンガー電極２４が少なくとも１本以上のフィンガー電極２４に接続されている。図７に示す形態によれば、材料コストの削減や遮光ロスの低減を図ることができる。なお、出力測定用電極２６ｙは、光電変換部２１の略中心を通る中央の導線接続領域２７に近接して設けられているが、光電変換部２１の端縁側に設けられてもよい。また、各出力測定用電極２６ｙの長さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

太陽電池２０の出力測定は、受光面電極、裏面電極に可変抵抗（負荷）を接続した後、受光面側から模擬太陽光を照射して行われる。光を照射したときに、可変抵抗に流れる電流が出力電流、可変抵抗の両端の電圧が出力電圧であり、可変抵抗の抵抗値を変化させて太陽電池２０の出力特性を測定することができる。このとき、出力測定用電極２６上には、その長手方向に沿って複数のプローブピンが取り付けられる。出力測定用電極２６を用いることにより、例えば、プローブピンをフィンガー電極２４に取り付けるといった手間のかかる作業が不要となり、簡便な出力測定が可能となる。なお、裏面側については、遮光ロスの影響を考慮する必要がないため、プローブとして各フィンガー電極２５に接触可能な金属板等を用いることができる。

上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、太陽電池２０のストリングを、第１保護部材１１、第２保護部材１２、及びシート状の封止材１３ａ，１３ｂを重ねて加熱圧着（ラミネート）することにより製造される。具体的には、ラミネート装置のヒーター上に、第１保護部材１１、シート状の封止材１３ａ、太陽電池２０のストリング、シート状の封止材１３ｂ、及び第２保護部材１２をこの順番で積層し、当該積層体を真空状態で１５０℃程度に加熱する。必要により、キュア工程やトリミング工程、端子ボックス、フレーム等の取り付け工程を経て、太陽電池モジュール１０が製造される。

太陽電池２０のストリングは、上記のように、太陽電池２０同士を導線１４で接続することにより形成される。このとき、導線１４は、出力測定用電極２６と重ならない位置においてフィンガー電極２４上に取り付けられる。

以上のように、太陽電池２０によれば、導線１４が取り付けられる導線接続領域２７と異なる部分に出力測定用電極２６を設けたことにより、簡便な太陽電池２０の出力測定を可能としながら、導線１４の取り付け時における光電変換部２１（太陽電池基板）の破損を抑制することができる。

１０ 太陽電池モジュール、１１ 第１保護部材、１２ 第２保護部材、１３ 封止材、１３ａ 第１封止材、１３ｂ 第２封止材、１４ 導線、２０ 太陽電池、２１ 光電変換部、２２，２３ 透明導電層、２４，２５ フィンガー電極、２６，２６ｘ，２６ｙ 出力測定用電極、２７ 導線接続領域

Claims (5)

1. 光電変換部と、
   前記光電変換部の少なくとも一方の面上に設けられた複数のフィンガー電極と、
   前記各フィンガー電極のうち少なくとも半数以上の前記フィンガー電極同士を接続する出力測定用電極であって、導線が取り付けられる部分と異なる部分に設けられた出力測定用電極と、
   を備えた太陽電池。
2. 請求項１に記載の太陽電池において、
   前記出力測定用電極は、複数設けられ、その各々が前記各フィンガー電極の全てに接続されている、太陽電池。
3. 請求項１又は２に記載の太陽電池において、
   前記出力測定用電極は、前記光電変換部の端縁に設けられている、太陽電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池において、
   前記フィンガー電極は、前記光電変換部の受光面上及び裏面上に設けられ、
   前記出力測定用電極は、前記光電変換部の前記受光面上のみに設けられている、太陽電池。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池を複数備え、前記太陽電池同士が前記導線で接続された太陽電池モジュールであって、
   前記導線は、前記出力測定用電極と重ならない位置において前記各フィンガー電極上に取り付けられている、太陽電池モジュール。

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