JP5999570B2 - 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。

近年、太陽光を電気エネルギーに変換することができる太陽電池が石油代替エネルギー源として使用されている。太陽電池には、単結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池、アモルファス型太陽電池等、又はこれらを組み合わせたものが挙げられる。通常、複数の太陽電池を直列又は並列に接続して太陽電池モジュールとして使用される。

図１３の断面図は、従来の太陽電池モジュール１００の構成を示す。太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池セル１０がタブ１２により接続された構造を有する。タブ１２は、太陽電池セル１０の受光面側の第１電極１４と隣り合う太陽電池セル１０の裏面側の第２電極１６とを接続する。ここで、タブ１２は、太陽電池セル１０の厚さ分だけ段差を設けるために屈曲部１２ａを有する。

また、太陽電池セル１０の受光面側においてタブ１２の表面に入射した光を有効に利用するために、表面に凹凸を設けたタブ１２が用いられている。このようなタブ１２とすることにより、タブ１２の表面に入射した光は凹凸により散乱され、さらに太陽電池セル１０を封止する封止材１８（ガラス等）によって反射されて、タブ１２が設けられていない領域から太陽電池セル１０へと導かれる。これによって、タブ１２の表面で反射された光も有効に発電に寄与させることができ、太陽電池モジュール１００の発電効率が向上する。

ところで、太陽電池モジュール１００を使用する際に、図１４に示すように、太陽電池セル１０の縁部分とタブ１２とが接触し、応力（図中、矢印方向）が加わって太陽電池セル１０が割れてしまうおそれがある。例えば、太陽電池モジュール１００に熱サイクルが加わった際に、太陽電池セル１０間が狭まり、太陽電池セル１０の縁部分とタブ１２との接触が生じるおそれがある。

特に、タブ１２の表面に凹凸が設けられている場合、その凸部と太陽電池セル１０とが接触し、応力が凸部に集中して印加される。その結果、太陽電池セル１０の破損や特性の劣化を招くおそれが高くなる。

本発明の１つの態様は、太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池セルと、複数の太陽電池セル間を電気的に接続し、表面に凹凸を有するタブと、を備え、タブは、太陽電池セルの周縁領域において他の領域より凹凸の高さが低い。

本発明の別の態様は、太陽電池モジュールの製造方法であって、表面に凹凸を有するタブの一部の領域の凹凸の高さを低くする第１工程と、タブによって、複数の太陽電池セル間を電気的に接続する第２工程と、を備え、第２工程では、凹凸の高さが低くされた領域を太陽電池セルの周縁領域に配置する。

本発明によれば、表面に凹凸を有するタブで接続された太陽電池セルを含む太陽電池モジュールにおいて太陽電池セルの割れ等の発生を抑制し、太陽電池モジュールの信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるタブの凹凸の高さを説明する図である。 本発明の実施の形態におけるタブの凹凸の形状の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるタブの凹凸の形状の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるタブの凹凸上に緩衝材が設けられた例を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるタブの形成方法を示す図である。 本発明の実施の形態におけるタブの形成方法を示す図である。 本発明の実施の形態におけるタブの形成方法を示す図である。 本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの製造方法を示す図である。 従来の太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 従来の太陽電池モジュールの課題を説明する図である。

＜太陽電池モジュールの構成＞
本発明の実施の形態における太陽電池モジュール２００は、図１の平面図及び図２〜図４の断面図に示すように、太陽電池セル２０、タブ２２、接着剤２４、第１保護部材２６、第２保護部材２８及び充填材３０を含んで構成される。図１は、受光面側からみた太陽電池モジュール２００の平面図であり、図２は、図１のラインＡ−Ａに沿った断面模式図である。図３は、図１のラインＢ−Ｂに沿った断面模式図である。図４は、図１のラインＣ−Ｃに沿った断面模式図である。

なお、以下の説明において、「受光面」とは、太陽電池セル２０の主面の一つであり、外部からの光が主に入射する面を意味する。例えば、太陽電池セル２０に入射する光のうち５０％〜１００％が受光面側から入射する。「裏面」とは、太陽電池セル２０の主面の一つであり、受光面と反対側の面を意味する。

太陽電池セル２０は、太陽光等の光を受光することでキャリア（電子及び正孔）を生成する光電変換部２０ａと、光電変換部２０ａの受光面上に設けられた第１電極２０ｂと、光電変換部２０ａの裏面上に設けられた第２電極２０ｃとを備える。第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃは、図１に示すように、タブ２２の延設方向と交差するように櫛状に設けられたフィンガー及びそれを接続するバスバーを備える。バスバーは、タブ２２に被われるように設けられる。フィンガー及びバスバーは、例えば、バインダー樹脂中に銀（Ａｇ）等の導電性フィラーが分散した導電性ペーストを透明導電層上に所望のパターンでスクリーン印刷して形成される。なお、太陽電池セル２０の裏面側からの光の入射がない場合、光電変換部２０ａの裏面の略全面上に銀（Ａｇ）薄膜等の金属膜を形成して第２電極２０ｃとしてもよい。太陽電池セル２０では、光電変換部２０ａで生成されたキャリアが第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃにより収集される。

光電変換部２０ａは、例えば、結晶系シリコン、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）又はインジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料からなる基板を有する。光電変換部２０ａの構造は、特に限定されないが、本実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板と非晶質シリコンのヘテロ接合を有する構造であるとして説明する。光電変換部２０ａは、例えば、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、ボロン（Ｂ）等がドープされたｐ型非晶質シリコン層、酸化インジウム等の透光性導電酸化物からなる透明導電層の順番で積層されている。また、基板の裏面上に、ｉ型非晶質シリコン層、リン（Ｐ）等がドープされたｎ型非晶質シリコン層、透明導電層の順番で積層されている。

太陽電池モジュール２００において隣り合う太陽電池セル２０間はタブ２２によって接続される。タブ２２としては、例えば、リボン状の銅等の金属箔を用いることができる。タブ２２は、太陽電池セル２０の第１電極２０ｂと、隣り合う太陽電池セル２０の第２電極２０ｃとを接続する。タブ２２は、例えば、一方の太陽電池セル２０の第１電極２０ｂのバスバーと他方の太陽電池セル２０の第２電極２０ｃのバスバーとに接着剤２４により接着される。接着剤２４としては、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等の接着性の樹脂材料を含む熱硬化型の接着剤に導電性粒子を分散させた導電性接着ペースト（ＳＣＰ）又は導電性接着フィルム（ＳＣＦ）とすることができる。また、例えば、太陽電池セル２０の面内方向に導電性が低く、膜厚方向に導電性が高い異方導電性接着剤（ＡＣＦ）を用いてもよい。また、接着剤２４を用いず、ハンダ材によって第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃとタブ２２とを接続してもよい。

タブ２２は、太陽電池セル２０の厚さ分だけ段差を設けるために屈曲部２２ａを有する。すなわち、屈曲部２２ａは、隣り合う太陽電池セル２０が同一平面内に配置されるように第１電極２０ｂと第２電極２０ｃとを接続するために太陽電池セル２０の厚さ分だけ構造的な逃げが形成されるように設けられる。

また、図３に示すように、タブ２２の表面には凹凸２２ｂが設けられる。凹凸２２ｂは、凹部と凸部との間の高さが１μｍ以上８０μｍ以下とすることが好適である。本実施の形態では、凹凸２２ｂは、タブ２２の長さ方向（延設方向）に沿った三角溝形状としたが、これに限定されるものではなく、円錐形状、四角錐形状、多角錐形状及びそれらの組み合わせ等としてもよい。

凹凸２２ｂは、太陽電池モジュール２００の受光面側から入射した光がタブ２２の表面に入射した際に、その光を散乱し、さらに第１保護部材２６によって反射させて、タブ１２が設けられていない領域から太陽電池セル１０へと導くことを可能とする。これにより、タブ２２の表面で反射された光も有効に発電に寄与させることができ、太陽電池モジュール２００の発電効率が向上する。

第１保護部材２６は、太陽電池セル２０の受光面側を保護するために設けられる部材である。第１保護部材２６は、太陽電池セル２０の受光面側に設けられるので、太陽電池セル２０において光電変換に利用される波長帯域の光を透過する透明な部材から構成される。第１保護部材２６としては、例えば、ガラス板、樹脂板、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２８は、太陽電池セル２０の裏面側を保護するために設けられる部材である。第２保護部材２８としては、第１保護部材２６と同様に、ガラス板、樹脂板、樹脂フィルム等を用いることができる。なお、太陽電池セル２０の裏面側からの光の入射がない場合、第２保護部材２８は、不透明な板体やフィルムとしてもよい。この場合、第２保護部材２８としては、例えば、アルミ箔等を内部に有する樹脂フィルム等の積層フィルムを用いてもよい。第１保護部材２６及び第２保護部材２８は、充填材３０を用いて太陽電池セル２０の第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃとそれぞれ接着される。

本実施の形態における太陽電池モジュール２００では、図３及び図４に示すように、太陽電池セル２０の周縁領域におけるタブ２２の凹凸２２ｃの高さは、他の領域におけるタブ２２の凹凸２２ｂの高さよりも低くされる。

ここで、太陽電池セル２０の周縁領域とは、太陽電池セル２０の縁近傍においてタブ２２と直接接触する可能性がある領域である。また、他の領域とは、太陽電池セル２０の周縁領域以外の少なくとも一部の領域である。他の領域は、例えば、太陽電池セル２０の中央付近の領域としてもよい。

ここで、タブ２２の屈曲部２２ａに、他の領域に設けられた凹凸２２ｂより高さが低い凹凸２２ｃを設けることが好適である。このとき、屈曲部２２ａの一方のみに凹凸２２ｃを設けてもよい。このとき、タブ２２の一面のみに凹凸が設けられている場合には、凹凸が設けられた面が太陽電池セル２０に向かい合う屈曲部２２ａ（図２では太陽電池セル２０の裏面側近傍の屈曲部２２ａ）に凹凸２２ｃを設けることが好適である。また、複数の太陽電池セル２０を接続する領域、すなわち屈曲部２２ａ間の領域に亘って凹凸２２ｃを設けてもよい。また、太陽電池セル２０の周縁部より内側にかかるように凹凸２２ｃを形成してもよい。

なお、凹凸の高さとは、図５に示すように、凹凸の凹部（谷部）から凸部（山部）まで間隔ｈを意味する。凹凸の高さが均一でない場合には、凹凸の高さは、タブ２２の幅方向（延設方向に直交する方向）に沿った凹凸の平均値とする。

タブ２２の凹凸２２ｃの断面形状は、他の領域におけるタブ２２の凹凸２２ｂよりも高さが低くなる形状であればよい。例えば、図６に示すように、凹凸２２ｃの断面形状は、凸部の先端が平坦に潰された形状であってもよい。また、図７に示すように、凹凸２２ｃの断面形状は、凸部の先端の曲率が他の領域における凹凸２２ｂの先端の曲率よりも大きい曲面を有する形状としてもよい。もちろん、凹凸２２ｃを設けず、平坦な形状としてもよい。なお、図６及び図７では、凹凸２２ｃとの対比が容易となるように凹凸２２ｂの形状の例を破線で示している。

また、図８に示すように、タブ２２の凹凸２２ｃが設けられた領域を緩衝材３２で被う構成としてもよい。緩衝材３２は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材とすることが好適である。例えば、第１電極２０ｂや第２電極２０ｃとタブ２２とを接着するために用いられる接着剤２４（導電性接着ペースト（ＳＣＰ）又は導電性接着フィルム（ＳＣＦ））を緩衝材３２として流用してもよい。このとき、太陽電池セル２０の面内方向に導電性が低く、膜厚方向に導電性が高い異方導電性接着剤（ＡＣＦ）とすることが好適である。

このように、太陽電池セル２０の周縁領域においてタブ２２に他の領域の凹凸２２ｂよりも小さい凹凸２２ｃを設けることによって、太陽電池セル２０の周縁領域（縁部）にタブ２２が接触することを抑制することができる。また、たとえタブ２２が太陽電池セル２０の周縁領域（縁部）に接触したとしても、凸部から太陽電池セル２０に加えられる圧力の集中が緩和され、太陽電池セル２０の破損を抑制することができる。

ここで、タブ２２の屈曲部２２ａは太陽電池セル２０の周辺領域において太陽電池セル２０とより接触し易い領域であるので、屈曲部２２ａに他の領域の凹凸２２ｂよりも小さい凹凸２２ｃを設けることによって太陽電池セル２０の破損を抑制する効果は顕著となる。また、屈曲部２２ａ間に亘って凹凸２２ｃを設けることにより、より確実に太陽電池セル２０の破損を抑制することができる。

また、タブ２２の凹凸２２ｃを緩衝材３２で被うことにより、緩衝材３２によって凸部から太陽電池セル２０に加えられる圧力の集中がより緩和され、太陽電池セル２０の破損を抑制する効果がより顕著となる。

＜タブの形成方法＞
タブ２２の凹凸２２ｃの形成方法について以下に説明する。タブ２２は、その一方の表面全体に凹凸が予め設けられているものとする。凹凸は、例えば、機械的なプレス加工によって形成することができる。そして、タブ２２の一部の領域の凹凸を加工して、他の領域の凹凸２２ｂよりも小さい凹凸２２ｃを形成する。

例えば、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、プレス加工により凹凸２２ｃを形成することができる。まず、全体に亘って凹凸２２ｂを有するタブ２２を準備する（図９（ａ））。そして、タブ２２の一部の領域における凹凸２２ｂの凸部の先端をプレス加工機４０にて機械的にプレスする（図９（ｂ））。これにより、タブ２２の一部の領域に凹凸２２ｃを形成することができる（図９（ｃ））。この場合、凸部の先端の形状はプレス加工に用いられる型（金型）によって適宜選択することができる。

また、図１０に示すように、凸部の先端を加熱して溶融させることによって凹凸２２ｃを形成することができる。加熱方法は限定されるものではなく、例えば、レーザ照射装置によりレーザ光４２を照射することにより加熱することができる。

次に、タブ２２に屈曲部２２ａを形成する。屈曲部２２ａは、図１１に示すように、タブ２２の該当箇所をプレス加工することにより形成することができる。一部の領域に他の領域よりも高さが低い凹凸２２ｃを有するタブ２２を準備する（図１１（ａ））。そして、プレス加工機４４にてタブ２２をプレスして屈曲部２２ａを形成する（図１１（ｂ））。このとき、凹凸２２ｃが形成された領域Ｘが太陽電池セル２０の周縁領域に位置するように屈曲部２２ａを形成する。例えば、屈曲部２２ａ間に亘るように凹凸２２ｃが形成された領域Ｘを形成しておくことが好適である。このようにして、タブ２２に屈曲部２２ａが形成される（図１１（ｃ））。

もちろん、凹凸２２ｃが形成された領域Ｘが太陽電池セル２０の周縁領域に位置するようにすれば、これに限定されるものではない。例えば、屈曲部２２ａに相当する領域のみに凹凸２２ｃを形成し、そこが屈曲部２２ａとなるようにプレス加工してもよい。本実施の形態の場合、屈曲部２２ａに相当する２箇所に凹凸２２ｃを形成する。また、タブ２２の一面のみに凹凸が設けられている場合には、凹凸が設けられた面が太陽電池セル２０に向かい合う屈曲部２２ａに相当する領域のみに凹凸２２ｃを形成し、そこが屈曲部２２ａとなるようにプレス加工してもよい。また、太陽電池セル２０の周縁部より内側にかかるように凹凸２２ｃを形成してもよい。

なお、タブ２２の凹凸２２ｃを緩衝材３２で被う場合、凹凸２２ｃを形成後に凹凸２２ｃが形成された領域に緩衝材３２を塗布等により形成すればよい。

＜太陽電池モジュールの製造方法＞
以下、太陽電池モジュール２００の製造方法について説明する。太陽電池モジュール２００では、太陽電池セル２０は従来の製造方法を適用して形成することができるので、特徴部分であるタブ２２による配線方法について説明する。

図１２（ａ）に示すように、太陽電池セル２０に第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃを形成後、第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃのバスバー上に接着剤２４を配置する。その後、図１２（ｂ）に示すように、タブ２２を第１電極２０ｂ及び第２電極２０ｃに接着し、隣り合う太陽電池セル２０を接続する。このとき、凹凸２２ｃが形成されたタブ２２の領域が太陽電池セル２０の周縁領域に位置するように接着する。そして、図１２（ｃ）に示すように、第１保護部材２６、第２保護部材２８及び充填材３０により封止する。

以上のように、本実施の形態の太陽電池モジュール２００によれば、太陽電池セル２０の割れ等の発生を抑制し、太陽電池モジュール２００の信頼性を向上させることができる。

１０ 太陽電池セル、１２ タブ、１２ａ 屈曲部、１４ 第１電極、１６ 第２電極、１８ 封止材、２０ 太陽電池セル、２０ａ 光電変換部、２０ｂ 第１電極、２０ｃ 第２電極、２２ タブ、２２ａ 屈曲部、２２ｂ，２２ｃ 凹凸、２４ 接着剤、２６ 第１保護部材、２８ 第２保護部材、３０ 充填材、３２ 緩衝材、４０，４４ プレス加工機、４２ レーザ光、１００，２００ 太陽電池モジュール。

Claims (5)

1. 太陽電池モジュールであって、
   複数の太陽電池セルと、
   前記複数の太陽電池セル間を電気的に接続し、前記複数の太陽電池セル間には屈曲部が設けられているタブと、
   を備え、
   前記タブは、平面視で太陽電池と重なっている部分および前記屈曲部において、幅方向の断面が凹凸形状であり、前記太陽電池セルの周縁領域に形成された前記タブの凹凸形状の高さは、他の領域に形成された前記タブの凹凸形状の高さよりも低く、
   前記タブの凹凸形状は受光面側にのみ設けられており、前記屈曲部間の凹凸が前記他の領域の凹凸より高さが低い。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記タブは、前記他の領域の凹凸より高さが低い凹凸を有する領域の表面に緩衝材が設けられている。
3. 太陽電池モジュールの製造方法であって、
   片面のみに幅方向の断面が凹凸を有するタブの一部の領域の凹凸の高さを低くする第１工程と、
   前記タブに、凹凸が他の領域の凹凸より高さが低くなるようにされた屈曲部を設ける第２工程と、
   前記タブによって、凹凸が受光面側に向くようにして複数の太陽電池セル間を電気的に接続し、前記複数の太陽電池セル間において前記タブの屈曲部を配置する第３工程と、
   を備え、
   前記第３工程では、凹凸の高さが低くされた領域を前記太陽電池セルの周縁領域に配置する。
4. 請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記第１工程は、前記タブの一部に圧力を加えて凹凸の高さを低くする。
5. 請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記第１工程は、前記タブの一部を溶融させて凹凸の高さを低くする。

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