JP6043971B2 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

太陽電池モジュールは、複数の太陽電池がその表裏面の電極に電気的に接続された配線部材により直列及び／又は並列に接続された構造を有している。太陽電池モジュールを作製する際に、太陽電池の電極と配線部材との接続には、従来、半田が用いられている。半田は、導通性、固着強度等の接続信頼性に優れ、安価で汎用性があることから広く用いられている。

一方、配線部材の接続時の熱影響を低減するため、太陽電池において半田を使用しない配線の接続方法も検討されている。例えば、樹脂接着剤を有する接着フィルムを用いて太陽電池と配線部材とを接続する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

接着フィルムを用いた配線の接続は、接着フィルムを太陽電池の電極と配線部材との間に配置し、太陽電池と配線材とを相対的に加圧しつつ加熱することにより、樹脂接着剤により配線部材を太陽電池の電極に接続させている。

上記した樹脂接着剤を用いた太陽電池モジュールにおいて、電極と配線部材との間の剥がれを解消するために、太陽電池の表面上に形成されたバスバー電極を配線部材の中に埋め込むように構成したものが提案されている（例えば、特許文献２）。配線部材はバスバー電極が埋め込まれやすいように、銅箔の周囲に半田などの軟導電体層を設けている。

特開２００７−２１４５３３号公報 再公表特許ＷＯ２００８／０２３７９５

上記した特許文献２に記載された太陽電池モジュールにおいては、電極剥がれに対して十分な強度を有しているが、温度サイクルの信頼性において、更に信頼性を向上させることが望まれている。

本発明は、上記した要望に鑑み、温度サイクルにおいて配線部材の剥がれを抑制し、太陽電池出力を向上させることを目的とする。

本発明は、隣接する太陽電池の表面上に形成された電極を配線部材によって接続することにより、互いに接続された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、前記配線部材の一部は、前記電極の中に食い込み、前記太陽電池と前記タブとは、樹脂によって接着されていることを特徴とする。

また、本発明は、太陽電池の表面上に電極を形成する工程と、前記電極を覆うように配置された樹脂上に、隣接する太陽電池の表面上に形成された電極と接続する配線部材を配置する工程と、前記配線部材上部から前記太陽電池の方向へ圧力をかけながら、当該太陽
電池を加熱し、前記電極に配線部材の一部を食い込ませる工程と、を含み、前記配線部材の表面は前記電極の表面より硬いことを特徴とする。

本発明によれば、電極に配線部材の一部が食い込むことで、温度サイクルにおいてもタブ強度が保たれ、信頼性高い太陽電池モジュールが得られる。

本発明の実施形態にかかる太陽電池モジュール中における太陽電池の平面図である。 本発明の実施形態にかかる太陽電池を示す模式的平面図である。 本発明の実施形態における太陽電池にタブを貼り付けた状態を示す模式的平面図である。 図１のＡ−Ａ’線断面図である。 本発明の実施形態における模式的断面図である。 本発明の実施形態における太陽電池にタブを貼り付けた状態を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態における太陽電池にタブを貼り付けた状態を示す模式的平面図である。 本発明の実施形態における模式的断面図である。 本発明の実施形態における模式的断面図である。 本発明の実施形態における太陽電池にタブを貼り付けた状態を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態における太陽電池にタブを貼り付けた状態を示す模式的断面図である。 従来の太陽電池にタブを貼り付けた状態を示す模式的断面図である。 本発明のタブの接続方法を示す模式図である。

本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールにつき図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

本図１は本実施形態にかかる太陽電池モジュールである。図１に示すように、太陽電池モジュールは、複数の板状の太陽電池１を備えている。太陽電池１は、例えば、厚みが０．１５ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系半導体からなり、１辺が１２５ｍｍの略正方形を有するが、厚みや大きさ等はこれに限るものではなく、また、他構成の太陽電池を用いても良い。

太陽電池１内には、例えば、ｎ型領域とｐ型領域が形成され、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分でキャリア分離用の電界を形成するための半導体接合部が形成されている。

図２に示すように、太陽電池１の受光面（表面）側の表面上には、表面電極１１、裏面側の表面上には裏面電極１２が形成されている。本実施形態において、表面電極１１は、互いに平行に形成された複数のフィンガー電極１１０からなる。フィンガー電極１１０は、例えば、フィンガー電極幅約１００μｍ、ピッチ約２ｍｍで５５本程度形成される。図３に示すように、フィンガー電極１１０に直交して配線部材としてのタブ２０が接続される。表面電極１１には、タブ２０が接続される位置に合わせてバスバー電極１１１が設けられている。バスバー電極１１１は全てのフィンガー電極１１０と電気的に接続されている。バスバー電極１１１は、タブ２０との接着性並びにフィンガー電極１１０とタブ２０
との電気的接続を良好にするために、折れ線状に形成されている。

また、太陽電池１の裏面側の表面部分には、裏面電極１２が形成されている。裏面電極１２は、互いに平行に形成された複数のフィンガー電極１２０からなる。フィンガー電極１２０は、例えば、フィンガー電極幅約１００μｍ、ピッチ約０．５ｍｍで２１７本程度形成される。裏面電極１２には、タブ２０が接続される位置に合わせてバスバー電極１２１が設けられている。バスバー電極１２１は全てのフィンガー電極１２０と電気的に接続されている。バスバー電極１１２は、タブ２０との接着性並びにフィンガー電極１２０とタブ２０との電気的接続を良好にするために、折れ線状に形成されている。

このような表面電極１１及び裏面電極１２は、例えば、熱硬化型或いは熱焼成型の銀ペーストをスクリーン印刷することによって形成することができる。また、これ以外に蒸着法やスパッタ法或いはメッキ法等他の方法を用いて形成しても良い。

図２において、バスバー電極１１１（１２１）及びフィンガー電極１１０（１２０）のタブ２０が接続される領域において、点々で記載しているのは、後述するように、タブ２０の山部が電極に食い込む領域を模式的に示している。また、図３において、タブ２０の中の点々も山部が電極に食い込む領域を模式的に示している。タブ２０は、フィンガー電極１１０（１２０）の折れ曲がり角が露出する程度の細い幅となる。これによって、タブ２０とフィンガー電極１１０（１２０）との位置合わせが容易になる。

図１に示すように、表面電極１１上、裏面電極１２上に、３本のタブ２０が接続される。タブ２０の幅ａは約１．５ｍｍである。

尚、太陽電池１の受光面に入射する光の量を増大させるために、表面電極１１のフィンガー電極１１０の本数を、裏面電極１２のフィンガー電極１２０の本数より少なくしている。また、表面電極１１のフィンガー電極１１０の厚みを、裏面電極１２のフィンガー電極１２０の厚みより大きくすることで、表面電極１１の抵抗を小さくすることができ、さらに太陽電池特性を向上させることができる。

次に、上記した太陽電池１を用いて太陽電池モジュールを製造する方法につき説明する。図４は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。太陽電池モジュールは、図１、図４に示すように、表面電極１１、裏面電極１２に配線部材としてのタブ２０が電気的に接続される。タブ２０を表面電極１１、裏面電極１２に接続するために樹脂剤３が用いられる。樹脂剤３としては、例えば、異方性導電樹脂剤が用いられる。

異方性導電樹脂剤としては、樹脂接着成分とその中に分散した導電性粒子とを少なくとも含んで構成されている。樹脂接着成分は熱硬化性樹脂を含有する組成物からなり、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。これらの熱硬化性樹脂は、１種を単独で用いるか２種以上を組み合わせて用いられ、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる１種以上の熱硬化性樹脂が好ましい。

導電性粒子としては、例えば、金粒子、銀粒子、銅粒子及びニッケル粒子などの金属粒子、或いは、金メッキ粒子、銅メッキ粒子及びニッケルメッキ粒子などの導電性又は絶縁性の核粒子の表面を金属層などの導電層で被覆してなる導電性粒子が用いられる。

まず、太陽電池１の表面電極１１及び裏面電極１２とタブ２０との間に、樹脂剤３を配置する。樹脂剤３は、接続するタブ２０の幅と同一若しくは少し幅の細いものが好ましい。例えば、タブ２０の幅が、０．５ｍｍ〜３ｍｍであれば、樹脂剤３の幅もタブ２０の幅
に対応して０．５ｍｍ〜３ｍｍ若しくはこれより少し幅の細いものにする。本実施形態においては、図１に示すように、幅１．２ｍｍの３本のタブ２０を用いている。このため、タブ２０が接着される位置上にタブ２０の幅に対応した幅の３本の樹脂剤３が配置される。尚、樹脂剤３は、硬化後も透光性を有するものであれば、タブ２０の幅より広くても良い。

図６に示すように、タブ２０は、芯材としての銅薄板２０ａで構成され、タブ２０の表面には、銀層２０ｂを設けている。銀層２０ｂは、表面電極１１、裏面電極１２より硬い層を構成している。

タブ２０としては、少なくとも片面に微細な凹凸が設けられ凹凸の山部の高さ約１０〜５０μｍである。図６に示すタブ２０は、片面に微細な凹凸が設けられ、反対面は平坦な面である。このようなタブを片面凹凸タブという。図１０に示すタブ２０は、両面に微細な凹凸が設けられている。このようなタブ２０を両面凹凸タブという。タブの凹凸としては、タブ２０の長手方向に溝を形成したものや、ピラミッド状の凸部を多数表面上に形成したもの等を用いることができる。

上記した微細な凹凸を有する表面に銀層２０ｂを設けたタブ２０を樹脂剤３に押圧し、押圧しながら加熱処理を施して樹脂剤３を熱硬化してタブ２０を表面電極１１、裏面電極１２に接続する。

複数の太陽電池１の各々を互いに隣接する他の太陽電池１とタブ２０によって電気的に接続するには、タブ２０の一方端側が所定の太陽電池１の受光面側の表面電極１１に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池１に隣接する別の太陽電池の裏面側の裏面電極１２に接続するように、太陽電池１の表裏に配置した樹脂剤３にそれぞれタブ２０を置く。

図１３に示すように、太陽電池１を用意し（図中（ａ））、太陽電池１の表面電極１１、裏面電極１２に樹脂剤３を載せる（図中（ｂ））。そして、例えば、ヒートブロック６上に載せられた太陽電池１を例えば、０．０５〜１．００ＭＰａ程度の圧力で他のヒートブロック６を用いて押圧し、樹脂剤３を介してタブ２０を太陽電池１側にそれぞれ押し付ける。そして、ヒートブロック６の温度を樹脂剤３の樹脂接着成分が熱硬化する温度での高温加熱、例えば、１２０℃以上２００℃以下の温度に加熱してタブ２０を圧着固定させ、太陽電池１を電気的に接続して配列する（図中（ｄ））。
[0031] 樹脂剤３上に配置されたタブ２０上部から太陽電池１の方向へ圧力をかけながら、当該太陽電池１を加熱する。この加熱時において、タブ２０の銀層２０ｂの表面領域は、表面電極１１、裏面電極１２よりも硬い状態が保たれる。

そうすると、図６、図７及び図１３（ｄ）に示すように、表面電極１１、裏面電極１２内に、タブ２０の山部（凸部）が食い込み、タブ２０と表面電極１１、裏面電極１２とが樹脂剤３にて接合される。このように、山部を有する銀層２０ｂが、銀粉末を主としてエポキシ樹脂で固められた電極（バスバー電極１１１、１２１）がそれぞれ表面電極１１、裏面電極１２に食い込む。

同様にして、２枚目の太陽電池１をタブ２０上に重ね置いて軽く圧着し、上述した同様の手順で接着を行い、所望する枚数の太陽電池１を接合していき、ストリングが形成され、太陽電池モジュールが形成される。

太陽電池１の反りは、タブ２０と太陽電池１との線膨張係数が異なるために発生すると考えられる。このような反りは温度に比例することから、タブ２０と太陽電池１とに加え
る温度が高くなれば、太陽電池１の反りは大きくなりやすい。従って、太陽電池１の反りの低減には、低い温度での接着接合が最も有効な手段といえる。

本実施形態に係る太陽電池モジュールによると、接着手段を半田による合金接合よりも低温で行うことができる樹脂剤３にしたため、太陽電池１の表裏の反りによる応力をより小さくすることができ、反りの発生を抑えることができる。

更に、樹脂剤３が表面電極１１、裏面電極１２に食い込んだタブ２０の銀層２０ｂの周辺で接着しているので、タブ２０の接着性を高めることができる。

なお、上記した実施形態では、樹脂剤３として異方性導電樹脂剤を例示したが、樹脂剤３としては導電性粒子を含まないものも用いることができる。樹脂剤３として導電性粒子を含まない樹脂剤を用いる場合には、表面電極１１及び裏面電極１２の表面の一部をタブ２０の表面に直接接触させることによって、電気的な接続を行う。この場合においてもタブ２０の銀層２０ｂが表面電極１１、裏面電極１２に食い込んでいるので、十分な電気的接続が得られる。

このようにして、タブ２０により複数の太陽電池１を接続したものを、ガラスからなる表面部材と耐侯性フィルム又はガラス、プラスチックのような部材からなる裏面部材との間に、ＥＶＡ等の透光性を有する封止材シートで挟んで重ね合わせる。そして、ラミネート装置により、太陽電池１を表面部材と裏面部材との間に封止材により封止することにより、太陽電池モジュールが得られる。

図１１は、片面凹凸タブを用いて隣り合う太陽電池１の表面と裏面とを接続した状態を示している。この例では、太陽電池１の表面側に山部が面し、裏面側には平坦部が面することになる。従って、表面側のタブ２０の山部が電極１１に食い込む。但し太陽電池１の裏面側では、タブ２０は裏面電極１２には食い込まない。

図５は、隣り合う２つの太陽電池１の表面同士、裏面同士をタブ２０で接続している。この例では、片面凹凸タブを用いても表面電極１１、裏面電極１２の両方にタブ２０の山部を食い込ませることができる。この例では隣り合う２つの太陽電池１が並列に接続され、並列に接続された一対の太陽電池１同士を直列に接続している。

図８は、両面凹凸タブを用いて隣り合う太陽電池１の表面と裏面とを接続した状態を示している。この例では、太陽電池１の表面電極１１、裏面電極１２の両方にタブ２０の山部が面することになる。従って、図１０に示すように、表裏面側のタブ２０の山部が表面電極１１、裏面電極１２にそれぞれ食い込んでいる。

図９は、隣り合う２つの太陽電池１の表面同士、裏面同士を両面凹凸タブで接続している。この例では隣り合う２つの太陽電池１が並列に接続され、並列に接続された一対の太陽電池１同士を直列に接続している。

次に、本発明による太陽電池モジュールと参考例の太陽電池モジュールを用意し、温度サイクル試験を行った。温度サイクル試験は、温度を常温から９０±２℃から−４０±３℃から常温に変化させ、各上下限１０分以上、１サイクル６時間以下で、温度変化率は上昇、下降ともに８７℃／毎時で行い、この温度サイクルを４００回行った。参考例は、図１２に示すように、銅箔２０ａに軟導体として表面に錫のコーティング層２０ｂを設けたものをタブ２０として用い、上記した異方性導電接着剤を用いて表面電極１１、裏面電極１２に接続したものである。尚、錫をコーティングしたタブ２０には凹凸は設けていない。本発明の実施例１は、図１１に示すように、表面側は、銀層２０ｂを設けた片面凹凸タ
ブを用い、裏面側は、銅箔２０ａに軟導体として表面に錫のコーティング層２０ｂを設けたものである。

この実験に用いた太陽電池モジュールは、１枚の太陽電池１の表裏にそれぞれ該当するタブ２０を接続し、それをガラスからなる表面部材と耐侯性フィルムからなる裏面部材との間に、ＥＶＡ等の透光性を有する封止材シートで挟んで重ね合わせる。そして、ラミネート装置により、太陽電池を表面部材と裏面部材との間に封止材により封止したものである。

４００回の温度サイクル試験を行った結果を表１に示す。

表１は、従来例及び実施例１における出力値を基準とした低下率を示す。尚、低下率は、参考例を１として規格化した。表１から、タブ２０の銀層２０ｂを表面電極１１に食い込ませることにより、温度サイクルの４００回後においても低下率が０．４４と大幅に減っているのが分かる。

次に、本発明の実施例１と図１０に示すように両面凹凸タブ２０を用いて両方の表面電極１１、裏面電極１２に銀層２０ｂを食い込ませた実施例２を用意し、６００回の温度サイクル試験を行った。その結果を表２に示す。

実施例における出力値を基準とした低下率を示す。尚、実施例１を１として規格化した。表２より、両面凹凸のタブ２０を用いると、６００回の温度サイクル後においても、片面タブ２０のものに比して０．７４の低下率であり、より効果があることが分かる。

上記したように、本発明は、タブが太陽電池の表面電極又は裏面電極に食い込むことにより、アンカー効果が生じ、タブの熱膨張、熱収縮の際のタブの動きが抑制され、温度変化に対する信頼性が高まったと考えられる。

本発明における太陽電池１としては、例えば、結晶系シリコン基板表面に非晶質シリコン層を積層したいわゆるＨＩＴ（登録商標）構造を有する太陽電池や通常の結晶系あるいは薄膜系の太陽電池をもちいることができる。

また、上記した実施形態は、バスバー電極１１１、１２１として折れ線状に形成されているが、直線状であっても本発明は適用できる。

また、上記した実施形態は、電極はフィンガー電極とバスバー電極で構成しているが、電極としてフィンガー電極のみを有する太陽電池においても本発明は適用できる。

又、本実施形態において、タブの材料を銅箔として説明を行ったが、タブの材料としては電気抵抗が小さいものであればよく、他に鉄、ニッケル、銀あるいはこれらを混合したものであっても、同様な効果が得られる。

更に、本実施形態において、タブは、芯材と表面とが異なる材料で構成されていたが、芯材と表面とが同じ材料であっても本発明は適用できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 太陽電池、３ 樹脂層、１１ 表面電極、１２ 裏面電極、２０ タブ、２０ａ 銅箔、２０ｂ 銀層。

Claims (4)

1. 所定の太陽電池の受光面上に形成された表面電極と、前記所定の太陽電池に隣接する別の太陽電池の裏面上に形成された裏面電極とを、配線部材によって接続することにより、互いに接続された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
   前記配線部材は受光面側および裏面側に前記表面電極および前記裏面電極より硬い凹凸形状を有し、
   受光面側に設けられた凸部の少なくとも一部は前記裏面電極の中に食い込み、裏面側に設けられた凸部の少なくとも一部は前記表面電極の中に食い込み、
   前記所定の太陽電池と前記配線部材とは、樹脂によって接着され、前記別の太陽電池と前記配線部材とは、樹脂によって接着されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記配線部材は、第１の部材と、前記第１の部材を覆う表面に形成され前記電極より硬い凹凸形状を有する第２の部材とで構成される請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 太陽電池の受光面上及び裏面上に、それぞれ、表面電極及び裏面電極を形成する工程と、
   所定の太陽電池の前記表面電極を覆うように配置された樹脂上と、前記所定の太陽電池に隣接する別の太陽電池の前記裏面電極を覆うように配置された樹脂上とに、前記表面電極と前記裏面電極とを接続する配線部材を配置する工程と、
   前記配線部材上部から前記太陽電池の方向へ圧力をかけながら、当該太陽電池を加熱し、前記表面電極及び前記裏面電極に前記配線部材の一部を食い込ませて、前記電極に配線部材を接続する工程と、を含み、
   前記配線部材は受光面側および裏面側に前記表面電極および前記裏面電極より硬い凹凸形状を有し、
   受光面側に設けられた前記凸部の少なくとも一部は前記裏面電極の中に食い込み、裏面側に設けられた前記凸部の少なくとも一部は前記表面電極の中に食い込むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
4. 前記配線部材は、第１の部材と、前記第１の部材を覆う表面に形成され前記電極より硬い凹凸形状を有する第２の部材とで構成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電
   池モジュールの製造方法。

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