JP6037175B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

近年、環境負荷が小さなエネルギー源として、太陽電池モジュールに対する注目が高まっている。例えば特許文献１には、配線材により電気的に接続された複数の裏面接合型の太陽電池を備える太陽電池モジュールが記載されている。特許文献１には、複数のｎ側電極とｐ側電極とが、電気的に独立して交互に配列された太陽電池が記載されている。特許文献１には、配線材と太陽電池とを樹脂を母材とする異方性導電フィルムを用いて接着することが、第１実施形態として記載されている。また、特許文献１には、銅薄板などの導電性材料を基材とした配線材を太陽電池の中央部に接着することが、第２実施形態として記載されている。

特開２００９−２６６８４８号公報

しかしながら、樹脂接着剤を用いて配線材と太陽電池とを接着した場合に、配線材と太陽電池との接触抵抗が高くなることにより、光電変換効率が低くなる場合がある。

本発明は、改善された光電変換効率を有する太陽電池モジュールを提供することを主な目的とする。

本発明の太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、配線材と、樹脂接着層とを有する。複数の太陽電池は、光電変換部と、第１及び第２の電極とを有する。第１及び第２の電極は、光電変換部の一主面の上に配されている。配線材は、一の方向において隣り合う太陽電池のうちの一方の太陽電池の第１の電極と、他方の太陽電池の第２の電極とを電気的に接続している。樹脂接着層は、配線材と太陽電池とを接着している。第１及び第２の電極は、複数のフィンガー部と、バスバー部とを有する。複数のフィンガー部は、それぞれ、一の方向に沿って延びている。バスバー部には、複数のフィンガー部が電気的に接続されている。バスバー部は、光電変換部の一の方向における端部に位置する。第１及び第２の電極は、それぞれ、めっき膜を含む。めっき膜は、給電ポイント部を有する。給電ポイント部は、バスバー部に位置する。配線材は、フィンガー部において第１または第２の電極に電気的に接続されている。

本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池モジュールを提供することができる。

図１は、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２は、本発明の一実施形態における太陽電池の略図的裏面図である。 図３は、本発明の一実施形態における太陽電池ストリングの略図的裏面図である。 図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。 図５は、本発明の他の実施形態における太陽電池の略図的裏面図である。

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。

（太陽電池モジュール１）
図１に示されるように、太陽電池モジュール１は、太陽電池ストリング１０を備える。太陽電池ストリング１０は、受光面側に位置する第１の保護部材１１と、裏面側に位置する第２の保護部材１２との間に配される。第１の保護部材１１と第２の保護部材１２との間には、充填材層１３が設けられている。太陽電池ストリング１０は、充填材層１３によって封止されている。

第１の保護部材１１は、例えば、ガラス基板、樹脂基板等により構成することができる。第２の保護部材１２は、例えば、樹脂シート、金属箔を介在させた樹脂シート、ガラス基板、樹脂基板等により構成することができる。充填材層１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、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)などの樹脂により構成することができる。

太陽電池ストリング１０は、第１の方向（ｘ方向）に沿って配された複数の太陽電池２０を備える。複数の太陽電池２０は、配線材３０によって電気的に接続される。

図２に示されるように、複数の太陽電池２０のそれぞれは、光電変換部２３を有する。光電変換部２３は、受光した際に電子、正孔等のキャリアを生成させる。

光電変換部２３は、一主面（裏面）２３ａにｐ型表面とｎ型表面とを有する。光電変換部２３は、例えば、一の導電型を有する半導体基板と、半導体基板の一主面の一部の上に配されており、他の導電型を有する第１の半導体層と、半導体基板の一主面の第１の半導体層が配されていない部分の少なくとも一部の上に配されており、一の導電型を有する第２の半導体層とを有する。この場合、第１及び第２の半導体層の一方の表面がｐ型表面となり、他方の表面がｎ型表面となる。半導体基板はｎ型単結晶シリコン基板とし、第１の半導体層および第２の半導体層はアモルファスシリコンとすることが好適である。第１及び第２の半導体層のそれぞれと半導体基板との間に、例えば数Å〜２５０Å程度の実質的に発電に寄与しない程度の厚みの、実質的に真性なｉ型半導体層（ｉ型アモルファスシリコン層）が配されていてもよい。

また、光電変換部２３は、例えば、一主面にｐ型ドーパント拡散領域とｎ型ドーパント拡散領域とが設けられた半導体基板により構成されていてもよい。

光電変換部２３の一主面２３ａの上には、第１及び第２の電極２１，２２が配されている。具体的には、ｐ型表面及びｎ型表面のうちの一方の上に第１の電極２１が配されており、他方の上に第２の電極２２が配される。第１及び第２の電極２１，２２のうち、ｐ型表面の上に配された電極が正孔を収集する電極であり、ｎ型表面の上に配された電極が電子を収集する電極である。

第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれは、くし歯状に設けられる。第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれは、複数のフィンガー部２１ａ、２２ａと、バスバー部２１ｂ、２２ｂとを有する。複数のフィンガー部２１ａ、２２ａのそれぞれは、第１の方向（ｘ方向）に沿って延びている。複数のフィンガー部２１ａ、２２ａは、第１の方向（ｘ方向）に対して垂直な第２の方向（ｙ方向）に沿って相互に間隔をおいて配される。

複数のフィンガー部２１ａは、バスバー部２１ｂに電気的に接続される。バスバー部２１ｂは、複数のフィンガー部２１ａの第１の方向（ｘ方向）における一方側（ｘ１側）に配される。バスバー部２１ｂは、光電変換部２３の第１の方向（ｘ方向）における一方側端部において、第２の方向（ｙ方向）の一方側端部から他方側端部にわたって設けられる。バスバー部２１ｂは、第１の方向（ｘ方向）に対して垂直な第２の方向（ｙ方向）に沿って延びる細長形状を有する。

複数のフィンガー部２２ａは、バスバー部２２ｂに電気的に接続される。バスバー部２２ｂは、複数のフィンガー部２２ａのｘ方向における他方側（ｘ２側）に配される。バスバー部２２ｂは、光電変換部２３の第１の方向（ｘ方向）における他方側端部において、第２の方向（ｙ方向）の一方側端部から他方側端部にわたって設けられる。バスバー部２２ｂは、第１の方向（ｘ方向）に対して垂直な第２の方向（ｙ方向）に沿って延びる細長形状を有する。

第１及び第２の電極２１，２２それぞれは、めっき膜を有する。めっき膜は、例えば、Ｃｕ，Ｓｎなどの金属、これらの金属のうちの少なくとも一種を含む合金などにより構成することができる。めっき膜の厚みは、例えば、２μｍ〜５０μｍ程度とすることができる。

めっき膜は、例えば電解めっきにより形成することができる。めっき膜を電解めっきにより形成する場合、まず、光電変換部２３に形成された導電性を有するシード層上に極棒を押し当てる。めっき液中において、その極棒からシード層上に給電することによりめっき膜を形成する。このため、極棒が押し当てられた部分には、めっき膜が実質的に形成されないか、他の部分と比較して薄いめっき膜が形成される。

給電ポイント部５０において、シード層と極棒とが直接接触する場所には、薄いめっき膜が形成されるため、給電ポイント部５０には、他の部分よりもめっき膜が薄い凹部が設けられる。

本実施形態では、ｙ方向に沿って延びる細長形状、具体的には矩形状の極棒を押し当てる例について説明する。このため、本実施形態においては、給電ポイント部５０の形状は、図２及び図３に示されるように、バスバー部２１ｂ，２２ｂが延びる第１の方向（ｙ方向）に沿って延びる細長形状を有する。

第１及び第２の電極２１，２２の表層は、それぞれめっき膜により構成される。具体的には、第１及び第２の電極２１，２２の複数のフィンガー部２１ａ、２２ａ、及びバスバー部２１ｂ、２２ｂの表層は、めっき膜により構成される。より具体的には、第１及び第２の電極２１，２２は、単一のめっき膜または複数のめっき膜の積層体により構成される。

複数の太陽電池２０は、配線材３０によって電気的に接続される。具体的には、第１の方向（ｘ方向）において隣り合う太陽電池２０のうちの一方の太陽電池２０の第１の電極２１と他方の太陽電池の第２の電極２２とが配線材３０によって電気的に接続される。

配線材３０と太陽電池２０とは、図３及び図４に示される樹脂接着層４０によって接着されている。樹脂接着層４０は、例えば、樹脂接着剤の硬化物などにより構成することができる。樹脂接着層４０は、樹脂接着剤の硬化物と、硬化物中に分散した導電材とを含む。なお、図３において、樹脂接着層４０は、断面ではないが、図示の都合上、ハッチングが附されている。

配線材３０は、絶縁性基板３１と、絶縁性基板３１に設けられた配線３２とを有する。配線３２は、第１の方向（ｘ方向）において隣り合う太陽電池２０のうちの一方の太陽電池２０の第１の電極２１と他方の太陽電池の第２の電極２２とを電気的に接続する。ここでは、配線３２は、絶縁性基板３１の太陽電池２０側の主面の上に設けられている例について説明する。但し、配線３２の一部は、例えば、絶縁性基板３１の内部に設けられていてもよい。なお、図３において、配線３２は、図示の都合上、破線ではなく、実線で表されている。

絶縁性基板３１は、例えば、樹脂、セラミック等の絶縁材料により構成することができる。絶縁性基板３１は、可撓性を有していてもよい。なお、本発明において、「基板」には、「シート」及び「フィルム」が含まれるものとする。

配線３２は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ等の金属、これらの金属のうちの少なくとも一種を含む合金などにより構成することができる。

配線３２は、第１の凸部３２ａと第２の凸部３２ｂとを有する。第１及び第２の凸部３２ａ，３２ｂは、第１及び第２のフィンガー部２１ａ，２２ａが延びる方向である第１の方向（ｘ方向）に沿って延びている。

第１の凸部３２ａの少なくとも一部は、第１の方向（ｘ方向）において隣り合う太陽電池２０のうちの一方の太陽電池２０の第１の電極２１のフィンガー部２１ａの上に配される。第１の凸部３２ａは、第１の電極２１のフィンガー部２１ａにバスバー部２１ｂを介さずに直接電気的に接続される。

第２の凸部３２ｂの少なくとも一部は、第１の方向（ｘ方向）において隣り合う太陽電池２０の他方の太陽電池２０の第２の電極２２のフィンガー部２２ａの上に配される。第２の凸部３２ｂは、第２の電極２２のフィンガー部２２ａにバスバー部２２ｂを介さずに直接電気的に接続される。

図４に示されるように、配線３２の第１及び第２の凸部３２ａ，３２ｂは、それぞれ、フィンガー部２１ａ，２２ａにおいて、第１及び第２の電極２１，２２と電気的に接続されている。具体的には、配線３２は、それぞれ、バスバー部２１ｂ，２２ｂに跨がるようにして設けられる。バスバー部２１ｂ，２２ｂにおいて、バスバー部２１ｂ，２２ｂの表面の凹凸形状に応じて、配線３２とバスバー部２１ｂ，２２ｂとが接触する場所と接触しない場所が生じる。なお、バスバー部２１ｂ，２２ｂにおいて、第１及び第２の凸部３２ａ，３２ｂと対向している部分には、樹脂接着層４０が配されていない。

図４において、給電ポイント５０全体に凹部が形成された例を示す。この場合、極棒が給電ポイント部５０全体に接触してめっきされ、めっき膜が形成される。この凹部の有無や形状は、極棒と給電ポイント部５０との接触の状況によって変化する。

（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、複数の太陽電池２０と配線材３０とを準備する。

次に、太陽電池２０の第１の電極２１のフィンガー部２１ａの上に配線材３０の第１の凸部３２ａが位置すると共に、隣接する太陽電池２０の第２の電極２２のフィンガー部２２ａの上に配線材３０の第２の凸部３２ｂが位置するように、２つの太陽電池２０と配線材３０とを配置する。その状態で各太陽電池２０と配線材３０とを樹脂接着剤４０を用いて接着して、電気的に接続する。具体的には、配線３２は、バスバー部２１ｂ，２２ｂに跨がるように配置する。また、バスバー部２１ｂ，２２ｂにおいて、配線３２と対向する部分には、樹脂接着層４０を配置しない。

この接着工程を少なくとも一回行うことにより、太陽電池ストリング１０を作製する。次に、太陽電池ストリング１０を、第１及び第２の保護部材１１，１２の間に配置して、充填材層１３を用いて封止する。具体的には、例えば、第１の保護部材１１の上に、充填材層１３を構成するＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）シートを載置する。そのＥＶＡシートの上に、太陽電池ストリング１０を載置し、その上に、充填材層１３を構成するＥＶＡシートを載置し、さらにその上に、第２の保護部材１２を載置する。これらを、減圧雰囲気下において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。

ところで、上述の通り、電極がめっき膜を含む場合、給電ポイント部が形成される。給電ポイント部は、電極全体に対して好適に給電が行われるように、バスバー部に設けられる。このため、バスバー部には、給電ポイント部の凹部が設けられる。樹脂接着剤を用いて太陽電池と配線材とを接着した場合は、給電ポイント部が設けられた領域においては、バスバー部と配線材とが電気的に接続されないか、または電気的に接続されたとしてもバスバー部と配線材との間の接触抵抗が高くなる。その結果、配線材と太陽電池との間の接触抵抗が高くなり、光電変換効率が低くなる。

また、より多くの電流を供給してめっき層を形成する観点からは、給電ポイント部の面積は大きいことが望ましい。しかしながら、給電ポイント部の面積が大きくなると、大きな凹部が形成されてしまう。

これに対して、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、給電ポイント部が設けられていないフィンガー部２１ａ，２２ａにおいて、配線材３０が第１及び第２の電極２１，２２に電気的に接続される。このため、給電ポイント部５０の凹部によって生じる、配線材３２と第１及び第２の電極２１，２２との電気的な接続不良の発生を抑制することができる。よって、本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、改善された光電変換効率を有する。また、太陽電池モジュール１では、配線材３２と第１及び第２の電極２１，２２との電気的な接続不良の発生が抑制されているため、信頼性が高い。

また、太陽電池のバスバー部が配された端部は、フィンガー部が配された内側部分よりも、圧力が加わった際に破損しやすい。これに対して、太陽電池モジュール１では、フィンガー部２１ａ，２２ａにおいて配線材３０と太陽電池２０とが接続される。よって、太陽電池モジュール１では、配線材３０の接着時に太陽電池２０の端部が押圧されないので、太陽電池２０が破損しにくい。

また、太陽電池モジュール１では、フィンガー部２１ａ，２２ａに配線材３０の凸部３２ａ，３２ｂが接続されている。よって、配線材３０が設けられた領域には、複数の凸部３２ａ，３２ｂと、光電変換部から突出している複数のフィンガー部２１ａ，２２ａとが存在する。従って、太陽電池モジュール１では、アンカー効果により、太陽電池２０と配線材３０とを強固に接続されている。

なお、他の部材を用いることにより、バスバー部の凹部が形成された箇所に配線材を接続することも考えられるが、製造コストが高くなるため好ましくない。本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、他の部材を用いることによる製造コストの上昇が抑制される。

また、隣接する太陽電池の端部に位置するバスバー部同士を接続すれば、配線材の面積を小さくすることができ、配線材のコストを低減できる。しかしながら、上述の通り、バスバー部には、凹部が形成されているため、バスバー部に配線材を接続しようとすると、配線材と太陽電池との間の接続不良が生じる場合がある。

これに対して、本実施形態に係る太陽電池モジュール１では、配線材３０の第１及び第２の凸部３２ａ，３２ｂが第１及び第２のフィンガー部２１ａ，２２ａのバスバー部側に接続されているため、配線材３０の面積の増大を抑制しつつ、配線材３２と太陽電池２０とを接続することができる。すなわち、配線材３０のコスト増大を抑制しつつ、配線材３２と太陽電池２０とを接続することができる。

複数の太陽電池を接続して太陽電池ストリングとした後、検査の結果に応じて、異常を有する太陽電池を取り除き、新たな太陽電池を接続する場合がある。このとき、太陽電池に付着した樹脂接着層を取り除くことが困難な場合がある。樹脂接着層が取り除かれなかった部分には、新たな配線材を接続することは困難である。これに対して、太陽電池モジュール１では、バスバー部２１ｂ、２２ｂの上には樹脂接着層４０が設けられていないため、異常を有する太陽電池２０の交換の際には、バスバー部２１ｂ、２２ｂを新たな配線材３２を接続する部分として利用することができる。

なお、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、図５に示すように、給電ポイント部５０は、バスバー部２１ｂ，２２ｂの延びる第１の方向（ｘ方向）に沿って相互に間隔をおいて複数設けられていてもよい。また、給電ポイント部５０の形状は、円形状、楕円形状、長円形状、三角形状、多角形状などであってもよい。

バスバー部２１ｂ，２２ｂにおいて、第１及び第２の凸部３２ａ，３２ｂと対向している部分には、樹脂接着層４０が配されていてもよい。

配線３２の第１及び第２の凸部３２ａ，３２ｂは、バスバー部２１ｂ，２２ｂの給電ポイント部５０が設けられた部分に跨がらずに配置されていてもよい。

配線材３０は、第１または第２の電極２１，２２に、フィンガー部２１ａ，２２ａにおいて電気的に接続されていると共に、バスバー部２１ｂ，２２ｂにおいて電気的に接続されていてもよい。

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
２０…太陽電池
２１…第１の電極
２２…第２の電極
２１ａ、２２ａ…フィンガー部
２１ｂ、２２ｂ…バスバー部
２３…光電変換部
２３ａ…光電変換部の主面
３０…配線材
３１…絶縁性基板
３２…配線
３２ａ…第１の凸部
３２ｂ…第２の凸部
４０…樹脂接着層
５０…給電ポイント部

Claims (5)

1. 光電変換部と、前記光電変換部の一主面の上に配された第１及び第２の電極とを有する複数の太陽電池と、
   一の方向において隣り合う前記太陽電池のうちの一方の太陽電池の前記第１の電極と、他方の太陽電池の前記第２の電極とを電気的に接続している配線材と、
   前記配線材と前記太陽電池とを接着している樹脂接着層と、
   を備え、
   前記第１及び第２の電極は、それぞれ、前記一の方向に沿って延びる複数のフィンガー部と、前記複数のフィンガー部と電気的に接続され、前記光電変換部の前記一の方向における端部に位置するバスバー部とを有し、
   前記第１及び第２の電極は、それぞれ、前記バスバー部に位置し他の部分より薄い凹部が設けられた給電ポイント部を有するめっき膜を含み、
   前記配線材は、前記フィンガー部において前記第１または第２の電極に電気的に接続されている、太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記配線材は、一方の太陽電池の前記第１の電極の前記フィンガー部において電気的に接続されている第１の凸部と、他方の太陽電池の前記第２の電極の前記フィンガー部において電気的に接続されていると共に前記第１の凸部に電気的に接続されている第２の凸部とを有し、
   前記配線材は、前記バスバー部に跨がるように設けられている。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記バスバー部は、前記一の方向に対して垂直な他の方向に沿って延びる細長形状を有し、
   前記給電ポイント部は、前記バスバー部の延びる方向に沿って延びる細長形状を有する。
4. 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記給電ポイント部は、前記バスバー部の延びる方向に沿って、相互に間隔をおいて複数設けられている。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１及び第２の電極の表層は、前記めっき膜により構成されている。

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