JP5909667B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

近年、環境負荷が小さいエネルギー源として、太陽電池モジュールが大いに注目されている。一般的に、太陽電池モジュールは、配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池を有する太陽電池ストリングを備えている。

従来、太陽電池と配線材との接着には、半田が広く用いられていた。しかしながら、半田を用いて太陽電池と配線材とを接着するためには、半田を融解させる必要がある。このため、太陽電池と配線材との接着工程において、太陽電池が高温になり、太陽電池が損傷したり、変形したりする虞がある。

これに鑑み例えば、特許文献１などにおいて、太陽電池と配線材とを樹脂製の導電性接着剤を用いて接着することが検討されている。この導電性接着剤によれば、半田に比べて接着工程の温度を低くすることができるので、太陽電池の損傷や変形を抑制することができる。

特開２００９−２９５９４０号公報

ところで、太陽電池モジュールの製造工程において、一部の太陽電池が損傷してしまう場合がある。太陽電池ストリング中に損傷した太陽電池が発生した場合、損傷した太陽電池を新しい太陽電池に交換する必要がある。

新しい太陽電池の太陽電池ストリング中への組み込みに際しては、新しい太陽電池と既存の太陽電池とを配線材を用いて電気的に接続する必要がある。新しい太陽電池と既存の太陽電池とを配線材を用いて電気的に接続する方法としては、例えば、既存の太陽電池上に残存している配線材と、新しい太陽電池に電気的に接続された配線材とを、半田や樹脂製の導電性接着剤を用いて電気的に接続すると共に接着することが考えられる。

しかしながら、この方法では、太陽電池モジュールの出力特性が低くなってしまうという問題がある。

本発明の目的は、改善された出力特性を有する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る太陽電池モジュールは、第１の保護部材と、第２の保護部材と、第１の太陽電池及び第２の太陽電池と、第１の配線材とを備えている。第１の太陽電池及び第２の太陽電池は、第１の保護部材と第２の保護部材との間に配されている。第１の配線材は、第１の太陽電池と第２の太陽電池とを電気的に接続している。第１の太陽電池の第２の保護部材側の表面には、第１の導電部材が配されている。第１の配線材の表面にある凸部の先端部と、第１の導電部材とは、溶着により電気的に接続されている。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、一の表面に複数の凸部を有する配線材を用いて複数の太陽電池を電気的に接続する接続工程を行う。複数の太陽電池のうちの一の太陽電池を交換する交換工程を行う。交換工程において、一の太陽電池を新しい太陽電池に置き換え、当該新しい太陽電池に接続された配線材の凸部の先端部と、新しい太陽電池に隣接する太陽電池に接続された配線材とを溶接することにより電気的に接続する。

本発明によれば、改善された出力特性を有する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係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける太陽電池ストリングの略図的断面図である。 本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための略図的側面図である。 本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的側面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等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、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

《第１の実施形態》
（太陽電池モジュール１）
図１に示されるように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、第１の保護部材２１と、第２の保護部材２２と、第１の保護部材２１および第２の保護部材２２の間で、封止材２０中に封止された複数の太陽電池１０を備えている。

第１の保護部材２１は、透光性を有し、太陽電池１０の受光面側を保護する。第１の保護部材２１は、例えばガラス板や透光性プラスチック板等の、透光性を有する板体により構成することができる。太陽電池モジュール１に入射する光のうち、第１の保護部材２１を透過した光の少なくとも一部は、太陽電池１０の受光面に入射する。

第２の保護部材２２は、太陽電池１０の裏面側を保護する。第２の保護部材２２は、例えば耐候性樹脂フィルムや、金属箔を一対の樹脂フィルム間に挟持してなる積層フィルム等の耐候性の部材により構成することができる。

封止材２０は、例えばエチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン(ＰＥ)、ポリウレタン(ＰＵ)などの樹脂材料により構成することができる。

太陽電池モジュール１は、第２の保護部材２２の表面上に、複数の太陽電池１０の発電電力を外部に取出すための端子ボックスを有しても良い。また、周縁部に金属製或いは樹脂製の枠体を有していても良い。

複数の太陽電池１０は、配線材１１によって電気的に接続されている。一の方向（ｘ方向）に沿って配列され、配線材１１によって電気的に接続された複数の太陽電池１０は、太陽電池ストリング１２を構成する。太陽電池ストリング１２は、第１の太陽電池１０ａ、第２の太陽電池１０ｂ及び第３の太陽電池１０ｃを含む。第２の太陽電池１０ｂは、後述する交換工程によって交換された新しい太陽電池である。新しく交換された第２の太陽電池１０ｂに対する配線材１１の接続構造は、第３の太陽電池１０ｃに対する配線材１１の接続構造と異なる。即ち、太陽電池ストリング１２は、複数の太陽電池１０のうちの一部に、配線材１１との接続構造が異なる太陽電池１０を有する。

太陽電池１０の種類は特に限定されない。太陽電池１０は、例えば、結晶シリコン太陽電池により構成することができる。図２に示されるように、本実施形態では、太陽電池１０は、第１の主面１３ａと第２の主面１３ｂとを有する光電変換部１３と、第１の主面１３ａの上に配された第１の電極１４と、第２の主面１３ｂの上に配された第２の電極１５とを有する。

光電変換部１３は内部にｐｎ接合を有しており、受光によって電子、正孔のキャリアを発生する。第１の主面１３ａは一の導電型を有する半導体層またはこの半導体層上に設けられた透光性導電層等の導電層から構成される。第２の主面１３ｂは、他の導電型を有する半導体層またはこの半導体層上に設けられた導電層から構成される。

太陽電池１０は、主として第１の主面１３ａにおいて受光する。このため、第１の主面１３ａを受光面といい、第２の主面１３ｂを裏面ということがある。第１の主面１３ａは第１の保護部材２１側に配される。尚、太陽電池１０は、第１の主面１３ａにおいて受光したときのみに発電するものであってもよいし、第１の主面１３ａ、及び第２の主面１３ｂのそれぞれにおいて受光したときに発電する両面受光型であってもよい。

配線材１１は、第１の主面１１ａ及び第２主面１１ｂを有する。配線材１１は、第１の主面１１ａに複数の凸部１１ｃを有する。配線材１１は、第１の主面１１ａが第１の保護部材２１側を向き、第２の主面１１ｂが第２の保護部材２２側を向くように配されている。本実施形態では、配線材１１の第２の主面１１ｂは、略平面状である。なお、凸部１１ｃの形状は断面三角形状に限らず、入射した光を斜め方向に反射する形状であれば良い。また、複数の凸部１１ｃは、配線材１１の長手方向に連続するように設けられていても良いし、略四角錐状のように配線材１１の表面に分散して設けられていてもよい。また、配線材１１は第２の主面１１ｂに複数の凸部を有していても良い。

配線材１１は、銀、銅などの金属や、合金などの適宜の導電材料を含んで構成される。配線材１１は、例えば、銅または銅合金からなり、表面に複数の凸部を有する配線材本体と、少なくとも凸部表面上を含むように配線材本体の表面上に設けられた銀層とを備えるものであってもよい。

通常配線材１１と太陽電池１０とは、接着層１６により接着されている。本実施形態では、接着層１６は、接着性の樹脂の硬化物と、樹脂中に分散された複数の導電材１６ａとを有する。接着性の樹脂の硬化物は、配線材１１と太陽電池１０とを接着する。複数の導電材1６ａのうちの少なくともひとつは、配線材１１と第１の電極１４との両方に接触している。配線材１１と第１の電極１４の両方に接触する導電材１６ａは、配線材１１と第１の電極１４とを電気的に接続する。同様に、配線材１１と第２の電極１５の両方に接触する導電材１６ａは、配線材１１と第２の電極１５とを電気的に接続する。尚、配線材１１と第１の電極１４の表面とが少なくとも一部で直接接触することによって、これらの間の電気的な接続がとられていても良い。同様に、配線材１１と第２の電極１５の表面とが少なくとも一部で直接接触することよって、これらの間の電気的な接続がとられていても良い。この場合、導電材１６ａはなくても良い。

前述の通り、複数の太陽電池１０には、ｘ方向においてこの順番で配された第１の太陽電池１０ａ，第２の太陽電池１０ｂ及び第３の太陽電池１０ｃが含まれる。図１に示されるように、第１の太陽電池１０ａと第２の太陽電池１０ｂとは、配線材１１Ａによって電気的に接続されている。第２の太陽電池１０ｂと第３の太陽電池１０ｃとは、配線材１１Ｂによって電気的に接続されている。

第１の太陽電池１０ａの第２の保護部材２２側の表面には、第２の電極１５に電気的に接続された導電部材１７ａが配されている。また、第２の太陽電池１０ｂの第２の保護部材２２側の表面には、第２の電極１４に電気的に接続された導電部材１７ｂが配されている。導電部材１７ａ及び導電部材１７ｂは、夫々太陽電池１０ｂ側及び太陽電池１０ｃ側の表面に複数の凸部１８を有し、第２の保護部材２２側の面に平坦面１９を有する。導電部材は、配線材と同じ形状を有する。

導電部材１７ａは、通常の配線材１１と同様に、太陽電池１０ａに接着層１６により接着されている。導電部材１７ｂも、通常の配線材１１と同様に、太陽電池１０ｂに接着層１６により接着されている。また、導電部材１７ａ及び導電部材１７ｂも、配線材１１と同様に、銀、銅などの金属や、合金などの適宜の導電材料からなる。導電部材１７ａ及び導電部材１７ｂは、例えば、銅または銅合金からなる配線材本体と、配線材本体の表面を被覆する銀層とを備えるものであってもよい。

第１の太陽電池１０ａと第２の太陽電池１０ｂとは、導電部材１７ａの平坦部１９と、第２の太陽電池１０ｂに電気的に接続された配線材１１Ａの凸部１１ｃとが溶接によって溶着されることにより、電気的に接続されている。配線材１１Ａの凸部１１ｃ間の部分に、導電部材１７ａとは溶着されていない部分を含むことが好ましい。導電部材１７ａの凸部１８間の部分と配線材１１Ａとの間には空隙が存することがある。詳細には、本実施形態では、配線材１１Ａと導電部材１７ａとｚ方向（厚さ方向）において重なっている部分の一部において、凸部１１ｃの先端部と導電部材１７ａとが溶接によって溶着されている。すなわち、配線材１１Ａと導電部材１７ａとは、配線材１１Ａ及び導電部材１７ａの延びる方向と交差する方向であるｙ方向における一部分において、溶着されている部分を含む。また、配線材１１Ａの導電部材１７ａとｚ方向において重なっている部分には、配線材１１Ａと導電部材１７ａとが溶着されていない部分が含まれている。

第２の太陽電池１０ｂと第３の太陽電池１０ｃとは、導電部材１７ｂの平坦部１９と、第３の太陽電池１０ｃに電気的に接続された配線材１１Ｂの凸部１１ｃの先端部とが溶接によって溶着されることにより電気的に接続されている。配線材１１Ｂの各凸部１１ｃ間には、導電部材１７ｂと溶着されていない部分を含む。導電部材１７ｂの凸部１８間の部分と配線材１１Ｂとの間には空隙が存することがある。詳細には、本実施形態では、配線材１１Ｂの導電部材１７ｂとｚ方向において重なっている部分の一部において、凸部１１ｃの先端部と導電部材１７ｂとが溶着されている。すなわち、配線材１１Ｂと導電部材１７ｂとは、配線材１１Ｂ及び導電部材１７ｂの延びる方向であるｘ方向と交差するｙ方向における一部分において溶着されている部分を含む。また、配線材１１Ｂの導電部材１７ｂとｚ方向において重なっている部分には、配線材１１Ａと導電部材１７ａとが溶着されていない部分が含まれている。

（太陽電池モジュール１の製造方法）
次に、太陽電池モジュール１の製造方法の一例について、説明する。

まず、図３に示されるように、複数の太陽電池１０を配線材１１を用いて電気的に接続していく（接続工程）。これにより、互いに電気的に接続された少なくともひとつの太陽電池ストリング１２を作製する。具体的には、２つの太陽電池１０に樹脂接着剤を用いて配線材１１を接着することにより、これらを電気的に接続する。そして、この配線材１１で接続された太陽電池１０に対して、別の太陽電池１０に、樹脂接着剤を用いて配線材１１を接着することにより、別の太陽電池を電気的に接続する。この工程を複数回繰り返し行うことにより、複数の太陽電池１０を配線材１１により電気的に接続する。

次に、電気的に接続された複数の太陽電池１０のそれぞれについて破損しているか否かを検査する（検査工程）。太陽電池１０の検査方法は、特に限定されず、例えば、目視により太陽電池１０の検査を行うことができる。

本実施形態では、太陽電池１０ａと太陽電池１０ｃとの間に配された太陽電池１０ｄのみが破損していると認定された例について説明する。なお、検査工程において、破損していると認定された太陽電池が複数である場合も勿論ある。

本発明において、「新しい太陽電池」とは、未使用の太陽電池のみを意味するものではない。新しい太陽電池は、破損していない太陽電池であれば、未使用の太陽電池であってもよいし、太陽電池ストリングの作製に一旦利用されたものであってもよい。

次に、図４に示されるように破損していると認定された太陽電池１０ｄを、新しい太陽電池１０ｂに交換する（交換工程）。これにより、破損した太陽電池を含まない太陽電池ストリング１２を作製する。

その後、第１の保護部材２１、封止材２０の一部を構成するための樹脂シート、太陽電池ストリング１２、封止材２０の残りの一部を構成するための樹脂シート及び第２の保護部材２２をこの順番で積層し、ラミネートすることにより太陽電池モジュール１を完成させることができる。

次に、本実施形態における交換工程について詳細に説明する。本実施形態では、交換工程において、破損していると認定された太陽電池１０ｄを新しい太陽電池１０ｂに置き換える。具体的には、本実施形態では、配線材１１Ｂの太陽電池１０ｄに接着されている部分をカットラインＬ１で切断すると共に、配線材１１ＤをカットラインＬ２で切断する。これにより、太陽電池ストリング１２から太陽電池１０ｄを取り外すと共に、配線材１１Ｄからなる導電部材１７ａを作製する。

次に、太陽電池１０ｂを用意する。太陽電池１０ｂは、第２の主面１３ｂ上に接着層１６により導電部材１７ｂが接着されており、第１の主面１３ａ上に接着層１６により配線材１１Ａが接着されている。この太陽電池ｂを、太陽電池１０ａと太陽電池１０ｃとの間に配する。なお、導電部材１７ｂは、配線材１１を所望の長さにカットすることにより作製することができる。

次に、配線材１１Ａの凸部１１ｃの先端部と導電部材１７ａの平坦部１９とを溶接によって溶着すると共に、配線材１１Ｂの凸部１１ｃの先端部と導電部材１７ｂの平坦部１９とを溶接によって溶着する。これにより、配線材１１Ａと導電部材１７aとを電気的に接続し，配線材１１Ｂと導電部材１７ｂとを電気的に接続する。その結果、破損した太陽電池を含まない太陽電池ストリング１２を得ることができる。

なお、配線材１１Ａと導電部材１７ａとが重なっている部分の一部において、凸部１１ｃの先端部と配線材１１Ａとを溶接することが好ましい。また、配線材１１Ｂと導電部材１７ｂとが重なっている部分の一部において、凸部１１ｃの先端部と配線材１１Ｂとを溶接することが好ましい。

また、溶接は、配線材１１Ａまたは配線材１１Ｂに接触させた一対の電極間に電力を投入することにより行うことができる。このとき、配線材１１Ａの凸部１１ｃ間に、溶着しない部分が残るように電力を投入することが好ましい。同様に、配線材１１Ｂの凸部１１ｃ間に、溶着しない部分が残るように電力を投入することが好ましい。

ところで、例えば、配線材と導電部材との接続を半田により行うことも考えられる。しかしながら、その場合は、半田を溶融させる必要がある。このため、太陽電池や配線材、配線材と太陽電池とを接続している接着剤に熱が加わりやすい。よって、接着剤による太陽電池と配線材との間の接着強度が低下し、太陽電池モジュールの信頼性や出力特性が低下してしまう場合がある。

それに対して本実施形態では、導電部材１７ａと配線材１１Ａとの接続を、溶接を用いて、導電部材１７ａの平坦部１９と配線材１１Ａの凸部１１ｃの先端部とを溶着させることにより行う。このとき、配線材１１Ａの凸部１１ｃ間に、未溶着の部分が残るように溶接する。同様に、導電部材１７ｂと配線材１１Ｂとの接続を、導電部材１７ｂの平坦部１９と配線材１１Ｂの凸部１１ｃの先端部とを溶着させることにより行う。このときにも、配線材１１Ｂの凸部１１ｃ間に、未溶着の部分が残るように溶接する。このため、導電部材１７ａ及び導電部材１７ｂと配線材１１Ａ、１１Ｂとを短時間で接続することができ、導電部材１７ａ及び導電部材１７ｂや接着層１６に熱が加わり難い。従って、導電部材１７ａ及び導電部材１７ｂと配線材１１との接続工程において、接着層１６による配線材１１と太陽電池１０との接着強度が低下しにくく、出力特性及び信頼性の低下を抑制することができる。その結果、改善された出力特性を得ることができる。

また、本実施形態では、配線材１１Ａと導電部材１７ａとが重なっている部分の一部において凸部１１ｃの先端部と導電部材１７ａとを溶着している。加えて、配線材１１Ｂと導電部材１７ｂとが重なっている部分の一部において凸部１１ｃの先端部と導電部材１７ｂとを溶着している。このため、溶接工程において接着層１６等に熱が加わることをより効果的に抑制することができる。従って、より改善された出力特性を得ることができる。

熱が加わることに起因する接着層１６の接着力の低下は、接着層１６が樹脂接着層である場合、すなわち、樹脂接着剤により太陽電池と配線材１１とが接着されている場合に顕著に発生する。従って、本実施形態の技術は、接着層１６が樹脂接着剤層である場合に特に有効である。

また、本実施形態では、導電部材１７ａ、導電部材１７ｂと配線材１１との接続を半田を用いて行う場合とは異なり、フラックスが不要である。従って、プロセスコストを削減することもできる。

尚、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。例えば、配線材及び導電部材のそれぞれは、両主面に複数の凸部を有していてもよい。

配線材及び導電部材と太陽電池とは、導電性粒子を含まない樹脂接着剤を用いて接着されていてもよい。すなわち、配線材及び導電部材と太陽電池とは、導電性粒子を含まない樹脂接着剤の硬化物からなる樹脂接着剤層により接着されていてもよい。その場合は、配線材及び導電部材と太陽電池の電極とが直接接触するように接着されていることが好ましい。また、配線材及び導電部材と太陽電池とは、半田などの樹脂接着剤以外の接着剤により接着されていてもよい。

以上のように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…太陽電池モジュール
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…太陽電池
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…配線材
１１ｃ…凸部
１２…太陽電池ストリング
１３…光電変換部
１３ａ…第１の主面
１３ｂ…第２の主面
１４…第１の電極
１５…第２の電極
１６…接着層
１６ａ…導電材
１７ａ、１７ｂ…導電部材
１８…凸部
１９…平坦部
２０…封止材
２１…第１の保護部材
２２…第２の保護部材

Claims (2)

1. 一の表面に複数の凸部を有する配線材と複数の太陽電池とを樹脂接着剤を用いて接続することにより当該複数の太陽電池を電気的に接続する接続工程と、
   前記複数の太陽電池のうちの一の太陽電池を交換する交換工程と、
   を備え、
   前記交換工程において、前記一の太陽電池を新しい太陽電池に置き換え、当該新しい太陽電池に接続された配線材の凸部の先端部と、前記新しい太陽電池に隣接する太陽電池に接続された配線材とを、前記新しい太陽電池に接続された配線材または前記新しい太陽電池に隣接する太陽電池に接続された配線材に接触させた一対の電極間に電力を投入して溶接することにより電気的に接続する、
   太陽電池モジュールの製造方法。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記交換工程において、前記新しい太陽電池に接続された配線材と前記新しい太陽電池に隣接する太陽電池に接続された配線材とは、前記新しい太陽電池に接続された配線材の前記先端部と前記新しい太陽電池に隣接する太陽電池に接続された配線材とを溶着することで直接かつ電気的に接続されている。

Images