JP4974301B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池サブモジュールにおいて発生した電力を取り出すためのリボンワイヤを、太陽電池サブモジュール上に形成された電極に取り付ける技術に関する。

従来、集積型薄膜太陽電池モジュールは、ガラス等の絶縁基板上に、透明導電膜、薄膜半導体からなるｐ層及びｎ層等が順次積層された光電変換層、裏面電極層等を積層して構成される。そして、この積層体が、直列、並列あるいは直並列に接続されて集積型薄膜太陽電池モジュールが構成される。

このモジュールにおいて発生した電力は、上記積層体上に形成された電極に取り付けられたバスバーやリボンワイヤ等の導電体を介して、外部に出力される。
ここで、導電体は、従来、ハンダ付けによって電極全体に接着するように取り付けられている。このように、ハンダ付けによって導電体を電極全体に接着させるのは、モジュールにおいて発生した電力を損失することなく、外部に出力させるためであるが、電極全体に導電体をハンダ付けするためにコストがかかる上に、モジュールに厚みが出てしまうし、製造工程数も余計にかかっていた。また、ハンダ溶食により裏面電極層と導電体の電気的接続が不安定になるのを防ぐために裏面電極層を厚くする必要があったため、これによってもコストが多くかかってしまっていた。

この点に鑑み、光透過性絶縁基板と、当該光透過性絶縁基板上に設けられた、透明導電膜、光電変換層および裏面電極層からなる積層構造物と、前記積層構造物の裏面電極層上に設けられたバスバーとを備え、前記バスバーが、一定のピッチで裏面電極層上に塗布された導電性ペーストを介して前記裏面電極層に結合されていることを特徴とする薄膜太陽電池が提案されている（特許文献１参照）。
また、ｎ型半導体層とｐ型半導体層を備えた発電要素が透光性基板上に形成されたサブモジュールを用いて構成された太陽電池モジュールであって、前記太陽電池モジュールの出力端子と前記サブモジュールの電極端子とを電気的に接続するリード線が、導電性ペーストにより前記サブモジュールの電極端子に取り付けられ、さらに前記リード線の取付部分がコーティング剤により被覆されている太陽電池モジュールが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−３１４１０４号公報 特開２００１−２１０８５０号公報

上記特許文献１記載の技術は、導電体と電極との接続に導電性ペーストを介在させることによって、裏面電極層のハンダ溶食を防ぎ、裏面電極層の厚みを必要最小限にすることを可能にすると共に、製造コストの低減を図っている。
しかしながら、特許文献１記載の技術では、一定のピッチで塗布した導電性ペーストにより、バスバーと裏面電極層とを接着しているだけのため、バスバーと裏面電極層とが導電性ペーストによって接着していない箇所は、電気的接続が不安定である。
また、バスバーを電極に取り付けるにあたっては、パルスヒーター等により、ハンダでメッキされたバスバーを加熱し、溶融したハンダにより接着を行うことから、導電性ペーストを介在させているとしても、ハンダ溶食がある程度生じてしまう。さらに、電極にバスバーを取り付けるための工程が別途必要であり、製造コストの低減も実現されているとはいえない。

また、上記特許文献２記載の技術は、導電性ペーストを用いて太陽電池サブモジュールの電極端子にリード線を取り付け、さらに、コーティング剤により当該取付部分を被覆することにより、出力のロスの抑制と、電極端子とリード線の接続の安定性向上を図っている。
しかしながら、特許文献２記載の技術では、リード線の一端部を電極に取り付けているに過ぎず、太陽電池サブモジュールに帯状に形成された電極全体にわたって取り付ける場合等において、当該技術を応用し、電極全体に導電性ペーストを塗布してリード線を取り付けたのでは、製造コストがかかる上、リード線と、電極が形成されている基板との線膨張率の違いから、リード線が断線してしまう恐れがある。さらに、リード線の取付強度を確保するためだけにコーティング剤を用いているため、製造コストがさらにかさむし、製造工程が増えて工程管理が面倒である。

そこで、本発明は、ハンダを用いることなく、電極にリボンワイヤを確実に取り付けると共に、製造工程及び製造コストを軽減した太陽電池モジュール、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池デバイスが形成されると共に、当該太陽電池デバイスにおいて発生した電力を取り出すための帯状の電極が形成された太陽電池サブモジュールと、上記電極に取り付けられるリボンワイヤと、上記太陽電池サブモジュール上に、上記電極を覆って取り付けられるカバーガラスと、上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスの間に充填されると共に、上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスとを接着保持する充填材と、を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、上記電極上に導電性ペーストを間欠的に塗布する工程と、上記導電性ペーストが塗布された電極上に、上記導電性ペーストが付着しない部分に弛みをもたせてリボンワイヤを設置する工程と、上記リボンワイヤ上に、充填材とカバーガラスとを積層する工程と、上記電極上にリボンワイヤが設置された太陽電池サブモジュールと、上記充填材と、上記カバーガラスとを、加熱し圧縮することでラミネート処理することにより、上記充填材を上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスの間で接着させると同時に、上記充填材を介して上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスの間に接着保持された上記リボンワイヤを、上記リボンワイヤの上記導電性ペーストが塗布されていない部分を含め、上記太陽電池サブモジュールの電極に直接面接触させて取り付ける工程と、を有することを特徴とする。

また、上記太陽電池デバイスは、ＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスであるものとしてもよい。

また、上記リボンワイヤは、上記電極上に、０．５ｃｍ〜７ｃｍの一定間隔で塗布された導電性ペーストにより接着して取り付けられているものとしてもよい。

また、上記導電性ペーストは、導電性フィラーとして銀微粒子が用いられているものとしてもよい。

また、上記導電性ペーストは、上記太陽電池サブモジュールと上記カバーガラスとを上記充填材を介して接着保持するラミネート処理時の加熱温度下において、硬化するものとしてもよい。

本発明によれば、ハンダを用いず、導電性ペーストによって、太陽電池サブモジュール上に形成された電極にリボンワイヤを取り付けているので、ハンダ溶食のおそれがない。
また、太陽電池サブモジュールと、充填材と、カバーガラスとをラミネートすることにより、リボンワイヤが、太陽電池サブモジュールとカバーガラスとによって圧接されるように挟持され、導電性ペーストが塗布されていない部分を含め、リボンワイヤが電極に面接触して取り付けられるので、安定した電気的接続が確保されている。
さらに、上記の通り各部材をラミネートする一の工程で、同時に、リボンワイヤが電極に接着させられるので、製造工程が減らすことができると共に、製造コストを削減することができる。

次に、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールについて、図を参照して説明する。
本実施形態に係る太陽電池モジュールは、図１及び図２に示されるように、太陽電池サブモジュール１、リボンワイヤ２、充填材３、カバーガラス４の各構成からなる構造を有し、リボンワイヤ２は導電性ペースト５により、太陽電池サブモジュール１に接着している。

太陽電池サブモジュール１は、図３に示されるように、青板ガラス等のガラス基板１０上に、太陽光等を受光して発電する太陽電池デバイス１１を形成してなる。
また、太陽電池デバイス１１は、いわゆるＣＩＳ系薄膜太陽電池デバイスであって、モリブデン（Ｍｏ）等の金属からなる裏面電極層１Ａ、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層１Ｂ、高抵抗バッファ層１Ｃ、ｎ型窓層（透明導電膜）１Ｄを順次積層したサブストレート構造からなり、この太陽電池デバイス１１が太陽光等の光を受けることにより発電する。

ここで、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層１Ｂは、ｐ型の導電性を有するI−III −VI₂ 族カルコパイライト構造の厚さ１〜３μｍの薄膜であり、例えば、ＣｕＩｎＳｅ_２ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）₂ 等の多元化合物半導体薄膜である。ｐ型ＣＩＳ系光吸収層１Ｂとしては、その他、セレン化物系ＣＩＳ系光吸収層、硫化物系ＣＩＳ系光吸収層及びセレン化・硫化物系ＣＩＳ系光吸収層があり、前記セレン化物系ＣＩＳ系光吸収層は、ＣｕＩｎＳｅ₂ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂ 又はＣｕＧａＳｅ₂ からなり、前記硫化物系ＣＩＳ系光吸収層は、ＣｕＩｎＳ₂ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓ₂ 、ＣｕＧａＳ₂ からなり、前記セレン化・硫化物系ＣＩＳ系光吸収層は、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）₂ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）₂ 、ＣｕＧａ（ＳＳｅ）₂ 、また、表面層を有するものとしては、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕＩｎＳｅ₂ 、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂ 、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）₂ 、ＣｕＩｎ（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕＧａＳｅ₂ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂ 、Ｃｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕＧａＳｅ₂ 、ＣｕＧａ（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂ 又はＣｕＧａ（ＳＳｅ）₂ を表面層として持つＣｕＧａＳｅ₂ がある。
このｐ型ＣＩＳ系光吸収層１Ｂは、セレン化／硫化法や多元同時蒸着法により製膜されている。

また、太陽電池デバイス１１には、メカニカルスクライビング装置やレーザースクライビング装置等により、電気的接続を確保するための所定のパターニングが施されており、裏面電極層１Ａ上に積層されたｐ型ＣＩＳ系光吸収層１Ｂ、高抵抗バッファ層１Ｃ、及びｎ型窓層１Ｄの端部を帯状にはつって露出させた裏面電極層１Ａを電極Ｓとして、受光により発生した電力を出力することができるようになっている。
なお、２箇所設けられている電極Ｓは、正負一対の電極を構成しており、また、電極Ｓを形成する方法は、スクライビング装置に限らず、化学的エッチング等によってもよく、特に限定されない。

リボンワイヤ２は、電極Ｓに取り付けられ、太陽電池サブモジュール１において発生した電力を外部に導出する。このリボンワイヤ２は、例えば、アルミニウム、銀、銅、あるいはすずメッキした銅からなる厚み８０〜１５０μｍ程度、幅１．５〜２．０ｍｍ程度の帯状金属製薄板により構成することができる。
また、リボンワイヤ２は、電極Ｓ上に間欠的に塗布された導電性ペースト５により太陽電池サブモジュール１上に形成された電極Ｓに接着していると共に、充填材３を介して太陽電池サブモジュール１とカバーガラス４の間に電極Ｓに圧接するように挟持されて、導電性ペーストにより電極Ｓに接着していない部分も含めて電極Ｓに面接触している。

充填材３は、太陽電池サブモジュール１とカバーガラス４の間に挟み込んだ状態で加熱しながらプレスすることで溶けて広がり、その隙間を埋めると共に、太陽電池サブモジュール１とカバーガラス４とを接着する。
この充填材３の材料としては、例えば、シート状のＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）を用いることができる。

カバーガラス４は、太陽電池サブモジュール１に、太陽電池デバイス１１を覆って取り付けられるガラスである。このカバーガラス４は、強化ガラスなどにより構成することができ、これにより、太陽電池デバイス１１を保護している。

導電性ペースト５は、高分子溶液に導電性フィラーを混ぜたもので、電極Ｓとリボンワイヤ２とを導電性を確保しながら接着する。
この導電性ペースト５は、本実施形態においては、導電性フィラーとして銀（Ａｇ）微粒子を用いているが、他に、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）やカーボン（Ｃ）等からなる微粒子を用いることもできる。

また、本実施形態においては、導電性ペースト５として、比較的低温で硬化するポリマー型、特に、充填材３として用いたＥＶＡを架橋させるのに必要な、加熱温度１５０℃〜２００℃、加熱時間３０分程度の条件により硬化するものが好適に用いられる。このように充填材３の架橋と導電性ペースト５の硬化の条件を同一の範囲内とすることで、充填材３の架橋と導電性ペースト５の硬化とを同時に同一の処理で行うことができる。
さらに、ポリマー型は、加熱による導電性フィラー間の接触において、酸化銀の還元時の融着や有機金属化合物の熱分解により生じる銀微粒子の融着により抵抗値が低下するので好適である。

具体的に用いることのできる導電性ペースト５の一例としては、ＣＥ−３９２０（エマーソン＆カミング社製）、ＦＡ−７０５ＢＮ、ＸＡ−８７４（以上、藤倉化成株式会社製）、ＥＣＭ−１００ ＡＡ２０２０、ＥＣＭ−１００ ＡＡ２０２１（以上、太陽インキ製造株式会社製）、シルベスト（Ｐ−２５０１ＬＡ）（株式会社徳力化学研究所製）が挙げられる。

本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造工程においては、この導電性ペースト５を、太陽電池サブモジュール１の電極Ｓ上に、ディスペンサなどで間欠的に塗布し、その上にリボンワイヤ２を載せる。さらに、この上に充填材３とカバーガラス４とを順次積層させて、ラミネート処理を行うと、導電性ペースト５はラミネート処理時の加熱によって硬化し、電極Ｓとリボンワイヤ２とが接着される。

導電性ペースト５を電極Ｓに塗布する場合において、間欠的に塗布することで、電極Ｓ上にリボンワイヤ２を設置したときに、導電性ペースト５が付着しない部分が設けられる。この部分は、リボンワイヤ２の過剰な突っ張りを防ぐ適度な弛みとなり、ガラス基板１０とリボンワイヤ２の線膨張率の違いによって、ガラス基板１０の割れ、あるいはリボンワイヤ２の切断が生じるのを防ぐことができるし、さらには、導電性ペースト５にかかるコストも削減できる。
なお、間欠的に塗布する際の塗布間隔は、例えば、０．５〜７ｃｍ程度の一定間隔としたり、最初の間隔を４ｃｍ、次の間隔を４．５ｃｍ、さらに次の間隔を５ｃｍといったような不均一ないしは変則的な間隔とすることもでき、リボンワイヤ２の長さや、太陽電池サブモジュール１の大きさないしは発電量に応じて設定することで、リボンワイヤ２全体の抵抗値を調整することができる。

続いて、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について図を参照して説明する。
まず、図４に示されるように、所定の製膜工程により、ガラス基板１０上に裏面電極層１Ａ、ｐ型ＣＩＳ系光吸収層１Ｂ、高抵抗バッファ層１Ｃ、ｎ型窓層（透明導電膜）１Ｄを順次積層させた上、図３に示されるように、メカニカルスクライビング装置やレーザースクライビング装置等により端部を帯状にはつることにより、裏面電極層１Ａの一部を露出させて正負一対の電極Ｓを形成する。

次に、図５に示されるように、ガラス基板１０上に形成した電極Ｓ上に、導電性ペースト５をディスペンサ等により間欠的に塗布していく。
そして、図６に示されるように、電極Ｓ上に、導電性ペースト５を介してリボンワイヤ２を設置する。

さらに、図７に示されるように、導電性ペースト５を介して電極Ｓ上にリボンワイヤ２を設置した太陽電池サブモジュール１上に、充填材３とカバーガラス４とを順次積層させてラミネート処理を施す。
なお、この際、リボンワイヤ２に付着する導電性ペースト５により、リボンワイヤ２が電極Ｓ上からずれたり、よれたりすることが防ぐことができる。

ラミネート処理は、上記の通り積層した各部材をラミネート処理装置内に設置し、当該装置内を減圧すると共に、約１５０℃で３０分程度加熱する。さらに、上記各部材を積層した状態でプレスすることにより、熱溶融した充填材３が太陽電池サブモジュール１とカバーガラス４の間に隙間なく広がって、太陽電池サブモジュール１とカバーガラス４とが一体的に接着される。

また同時に、加熱によって電極Ｓ上に塗布された導電性ペースト５が硬化して、リボンワイヤ２と電極Ｓとが接着されると共に、プレスによって、太陽電池サブモジュール１とカバーガラス４との間に挟持されたリボンワイヤ２全体が、電極Ｓに圧接させられる。
これにより、各部材がラミネートされて一体化すると共に、リボンワイヤ２が電極Ｓ上からずれることなく、電極Ｓに面接触して取り付けられる。

以上の太陽電池サブモジュール１、リボンワイヤ２、充填材３、カバーガラス４の各構成により、本発明に係る太陽電池モジュールは構成され、仕様に応じて、ガラス基板１０の裏面にフッ素系樹脂やアルミニウム箔等からなるバックシートを貼り合わせたり、側端部をブチルゴム等のシール材でシールした上でフレームを取り付けて用いられる。

本発明により、ハンダを用いず、導電性ペースト５によって、太陽電池サブモジュール１上に形成された電極Ｓにリボンワイヤ２を取り付けているので、ハンダ溶食のおそれがない。
また、太陽電池サブモジュール１と、充填材３と、カバーガラス４とをラミネートすることにより、リボンワイヤ２が、太陽電池サブモジュール１とカバーガラス４とによって圧接されるように挟持されるので、導電性ペースト５が塗布されていない部分を含め、リボンワイヤ２が電極Ｓに面接触して取り付けられる。
さらに、上記の通り各部材をラミネートする工程において、同時に、リボンワイヤ２が電極Ｓに接着させられるので、製造工程が減らすことができると共に、製造コストを削減することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールが有する構造を示す平面図である。 本実施形態に係る太陽電池モジュールが有する構造を示すＡ−Ａ’断面図である。 本実施形態に係る太陽電池サブモジュールの構造を示す模式図である。 本実施形態において、製膜後の太陽電池サブモジュールの構造を示す模式図である。 本実施形態において、太陽電池サブモジュールの電極Ｓ上に導電性ペースト５を塗布した状態を示した平面図である。 本実施形態において、太陽電池サブモジュールの電極Ｓ上に、導電性ペースト５を介してリボンワイヤ２を取り付けた状態を示した平面図である。 本実施形態において、ラミネート処理時の積層順序を示した図である。

符号の説明

１ 太陽電池サブモジュール
１０ ガラス基板
１１ 太陽電池デバイス
１Ａ 裏面電極層
１Ｂ ｐ型ＣＩＳ系光吸収層
１Ｃ 高抵抗バッファ層
１Ｄ ｎ型窓層（透明導電膜）
２ リボンワイヤ
３ 充填材
４ カバーガラス
５ 導電性ペースト
Ｓ 電極

Claims (1)

1. 太陽電池デバイスが形成されると共に、当該太陽電池デバイスにおいて発生した電力を取り出すための帯状の電極が形成された太陽電池サブモジュールと、
   上記電極に取り付けられるリボンワイヤと、
   上記太陽電池サブモジュール上に、上記電極を覆って取り付けられるカバーガラスと、
   上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスの間に充填されると共に、上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスとを接着保持する充填材と、を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、
   上記電極上に導電性ペーストを間欠的に塗布する工程と、
   上記導電性ペーストが塗布された電極上に、上記導電性ペーストが付着しない部分に弛みをもたせてリボンワイヤを設置する工程と、
   上記リボンワイヤ上に、充填材とカバーガラスとを積層する工程と、
   上記電極上にリボンワイヤが設置された太陽電池サブモジュールと、上記充填材と、上記カバーガラスとを、加熱し圧縮することでラミネート処理することにより、上記充填材を上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスの間で接着させると同時に、上記充填材を介して上記太陽電池サブモジュールとカバーガラスの間に接着保持された上記リボンワイヤを、上記リボンワイヤの上記導電性ペーストが塗布されていない部分を含め、上記太陽電池サブモジュールの電極に直接面接触させて取り付ける工程と、
   を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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