WO2011099339A1

WO2011099339A1 - 光電変換装置及びその製造方法

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Publication number: WO2011099339A1
Application number: PCT/JP2011/050952
Authority: WO
Inventors: 雄二北村; 和司石木; 博子村山; 亮治内藤; 和孝小寺
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】温度サイクルに対する光電変換装置の信頼性を高める。【解決手段】光電変換パネルで発電された電流を外部に取り出すために光電変換パネル上に延設された集電配線３０ａ，３０ｂと、集電配線３０ａ，３０ｂが設けられた光電変換パネルの裏面を覆い、集電配線の一端が配線引き出し口３２ａ，３２ｂから引き出された状態で光電変換パネルに圧着されたバックシート１０２と、配線引き出し口３２ａ，３２ｂから引き出された集電配線３０ａ，３０ｂが接続される電極端子１２ａ，１２ｂを含む端子ボックス２００と、を備え、集電配線３０ａ，３０ｂの配線引き出し口３２ａ，３２ｂからの引出位置Ｙから電極端子１２ａ，１２ｂとの接続位置Ｘまでの集電配線の実質長Ｌは、引出位置Ｙから接続位置Ｘまでの直線距離の１．２倍以上とする。

Description

光電変換装置及びその製造方法

　本発明は、光電変換装置及びその製造方法に関する。

　太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。

　光電変換装置で発生した電力を取り出すために、光電変換装置の裏面等に端子ボックスを設け、光電変換パネルの集電配線を端子ボックス内の電極端子に接続して外部に電力を取り出す構成が採用されている。

　図４は、従来の光電変換装置における端子ボックス１００の内部の様子を示す斜視図である。図４に示すように、端子ボックス１００は、外部ケース１０、電極端子１２ａ，１２ｂ、外部配線１４及びダイオード１６を含んで構成される。端子ボックス１００は、光電変換装置を構成する光電変換パネルの裏面に設置される。

　外部ケース１０は、密閉型のプラスチックケース等とされ、内部の電極端子１２ａ，１２ｂ及び光電変換パネルから引き出された集電配線１８ａ，１８ｂを保護するために設けられる。集電配線１８ａ，１８ｂは、光電変換パネルの裏面側を封止するバックシート１０２に設けられた配線引き出し口２０ａ，２０ｂからそれぞれ引き出される。引き出された集電配線１８ａ，１８ｂの端部は、それぞれ外部ケース１０内において電極端子１２ａ，１２ｂにはんだ付け等により電気的に接続される。電極端子１２ａ，１２ｂは、外部配線１４に接続されており、これにより光電変換パネルの発電電力が外部配線１４を介して外部に取り出される。また、電極端子１２ａ，１２ｂは、正常時に逆バイアスとなるように保護用のダイオード１６によって接続される。なお、図４では、説明を明確にするために外部ケース１０の蓋を取り外した状態を示しているが、実際には集電配線１８ａ，１８ｂを電極端子１２ａ，１２ｂに接続した状態で、外部ケース１０内にシリコーン等の樹脂を充填して上面を蓋で覆って密閉した状態で用いられる。

　ところで、光電変換装置は温度変化が大きい外部環境において利用されることがあり、その場合には温度サイクルによって光電変換装置を構成する各部材に熱応力が加えられる。

　従来の光電変換装置の端子ボックス１００においては、図５の断面図に示すように、光電変換パネルの裏面を覆うバックシート１０２の配線引き出し口２０ａ，２０ｂから引き出された集電配線１８ａ，１８ｂは電極端子１２ａ，１２ｂに向かって直線的に引っ張られた状態で接続されている。したがって、温度変化が大きい環境下において使用した場合、集電配線１８ａ，１８ｂに掛る引っ張り応力によって、集電配線１８ａ，１８ｂが断線したり、集電配線１８ａ，１８ｂと電極端子１２ａ，１２ｂとの接続が外れたりするおそれがある。

　本発明の１つの態様は、光電変換装置であって、光電変換パネルで発電された電流を外部に取り出すために光電変換パネル上に延設された集電配線と、集電配線が設けられた光電変換パネルの裏面を覆い、集電配線の一端が配線引き出し口から引き出された状態で光電変換パネルに圧着されたバックシートと、配線引き出し口から引き出された集電配線が接続される電極端子を含む端子ボックスと、を備え、集電配線の配線引き出し口からの引出位置から電極端子との接続位置までの集電配線の実質長Ｌは、引出位置から接続位置までの直線距離の１．２倍以上である。

　本発明によれば、温度サイクルに対する光電変換装置の信頼性を高めることができる。

本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の端子ボックスの構成を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の端子ボックスの構成を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光電変換装置の集電配線の長さを説明する断面図である。従来の光電変換装置の端子ボックスの構成を示す斜視図である。従来の光電変換装置の端子ボックスの構成を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態における光電変換装置の構造を示す平面図である。本発明の第２の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態における集電配線の配置を説明する図である。従来の集電配線の配置を説明する図である。従来の集電配線の配置における課題を説明する図である。

　本発明の第１の実施の形態における光電変換装置は、図１の斜視図に示すような端子ボックス２００を有する。

　端子ボックス２００は、図１に示すように、外部ケース１０、電極端子１２ａ，１２ｂ、外部配線１４及びダイオード１６を含んで構成される。端子ボックス２００は、光電変換パネルから出力される電力を外部に取り出すために用いられる。

　端子ボックス２００は、例えば、光電変換装置を構成する光電変換パネルの裏面に設置される。光電変換パネルの裏面には、光電変換パネルで発電された電力を取り出すための集電配線３０ａ，３０ｂが延設される。集電配線３０ａ，３０ｂは、それぞれ正電圧側及び負電圧側の電極であり、通常はそれぞれ光電変換パネルの端辺から端子ボックス２００を配置する中央部に向けて延設される。

　光電変換パネルの裏面はバックシート２０２によって封止される。このとき、集電配線３０ａ，３０ｂの端部がバックシート２０２に設けられた配線引き出し口３２ａ，３２ｂから引き出された状態で封止される。

　外部ケース１０は、内部の電極端子１２ａ，１２ｂ及び光電変換パネルから引き出された集電配線３０ａ，３０ｂを保護するための容器である。外部ケース１０は、例えば、密閉型のプラスチックケースとすることが好適である。なお、図１では、説明を明確にするために、外部ケース１０の蓋を取り外した状態を示しているが、外部ケース１０内にシリコーン等の樹脂を充填して上面を蓋で覆って密閉した状態で用いられる。

　電極端子１２ａ，１２ｂは、外部ケース１０の側面を貫いて外部配線１４に電気的に接続される。電極端子１２ａ，１２ｂは、それぞれ外部ケース１０内において集電配線３０ａ，３０ｂの端部に接続され、光電変換パネルから出力される電力を外部配線１４に伝達する。また、電極端子１２ａ，１２ｂは、正常時に逆バイアスとなるように保護用のダイオード１６によって接続される。

　集電配線３０ａ，３０ｂは、光電変換パネルの裏面側を封止するバックシート２０２に設けられた配線引き出し口３２ａ，３２ｂからそれぞれ引き出される。引き出された集電配線３０ａ，３０ｂの端部は、それぞれ外部ケース１０内において電極端子１２ａ，１２ｂにはんだ付け等により電気的に接続される。電極端子１２ａ，１２ｂは、外部配線１４に接続されており、これにより光電変換パネルの発電電力が外部配線１４を介して外部に取り出される。

　第１の実施の形態における光電変換装置では、配線引き出し口３２ａ，３２ｂから引き出された集電配線３０ａ，３０ｂの長さに特徴を有する。これについて、図２の断面図を用いて説明する。

　図２に示すように、集電配線３０ａ，３０ｂは、集電配線３０ａ，３０ｂの配線引き出し口３２ａ，３２ｂの引出位置Ｙから電極端子１２ａ，１２ｂとの接続位置Ｘまで直線的でなく、たるみを持って接続される。このたるみを持った引出位置Ｙから接続位置Ｘまでの集電配線３０ａ，３０ｂの実質の長さを実質長Ｌとする。このとき、実質長Ｌは、配線引き出し口３２ａ，３２ｂから位置Ｘまでの直線距離の１．２倍以上とすることが好適である。

　これによって、温度変化が大きい外部環境下において光電変換装置を利用した場合であっても、集電配線３０ａ，３０ｂに掛る引っ張り応力を集電配線３０ａ，３０ｂのたるみによって吸収することができる。その結果、集電配線３０ａ，３０ｂが断線したり、集電配線３０ａ，３０ｂと電極端子１２ａ，１２ｂとの接続が外れたりする可能性を低減することができる。

　また、集電配線３０ａ，３０ｂの実質長Ｌは、端子ボックス２００内において集電配線３０ａ，３０ｂが互いに接触し得ない長さとすることが好適である。より具体的には、図２において、集電配線３０ａ，３０ｂの実質長Ｌは、配線引き出し口３２ａ，３２ｂの間隔Ｗ１、電極端子１２ａ，１２ｂの間隔Ｗ２及び配線引き出し口３２ａ，３２ｂから電極端子１２ａ，１２ｂまでの垂直距離Ｈとして数式（１）を満たすことが好適である。

　すなわち、図３に示すように、端子ボックス２００内において集電配線３０ａ，３０ｂ同士が接触する最短の集電配線３０ａ，３０ｂの実質長Ｌは、端子ボックス２００内の構成が左右対称で間隔Ｗ１とＷ２がおよそ等しいとして、配線引き出し口３２ａ，３２ｂの間隔Ｗ１の中間地点（電極端子１２ａ，１２ｂの間隔Ｗ２の中間地点に一致する）かつ配線引き出し口３２ａ，３２ｂから電極端子１２ａ，１２ｂまでの垂直距離Ｈの中間地点である点Ｍにおいて接触するときの長さと近似的に求められる。そのときの集電配線３０ａ，３０ｂの実質長Ｌは、図３における斜辺Ｌ１と斜辺Ｌ２の合計値である数式（１）の右辺となる。

　したがって、数式（１）を満たすように集電配線３０ａ，３０ｂの実質長Ｌを設定することによって、端子ボックス２００内において集電配線３０ａ，３０ｂ同士が接触することがなくなる。これによって、集電配線３０ａ，３０ｂを電極端子１２ａ，１２ｂへ接続する際に集電配線３０ａ，３０ｂ同士の接触を気にすることなく配線を引き回すことができ、作業が効率的かつ容易になる。また、端子ボックス２００内に樹脂を充填して蓋で封止する際にも、集電配線３０ａ，３０ｂが接触することがなくなる。その結果、光電変換装置の信頼性を高めることができる。

　第１の実施の形態において、端子ボックス内の集電配線の信頼性を高めることができる構成を説明した。次に説明する第２の実施形態においては、集電配線の折り返し部分の断線を防ぐことによって、集電配線の信頼性を高める構成を説明する。まず、従来の構造の課題について説明する。

　図１０に、端子ボックス３２０の取り付け位置周辺の平面図を示す。図１０は、端子ボックス３２０を取り付ける前にバックシート３１８によって光電変換装置４００の表面を封止する前の様子を示す。図１０に示すように、バックシート３１８によって光電変換装置４００の表面を封止する前にバックシート３１８の配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂから予め集電配線３１６ａ，３１６ｂの端部３１６ｃ，３１６ｄ及び端部３１６ｃ，３１６ｄを覆う絶縁フィルム３１６ｅ，３１６ｆを引き出しておき、温度１５０℃程度まで加熱した状態でバックシート３１８上から圧力を加えて封止を行う。

　このとき、配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂから引き出された端部３１６ｃ，３１６ｄの長さＬが配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂの間隔Ｗよりも大きい場合、配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂの間隔Ｗの領域で端部３１６ｃ，３１６ｄを重ね合わせることができず、図１１に示すように、端部３１６ｃ，３１６ｄ及び絶縁フィルム３１６ｅ，３１６ｆをバックシート３１８上で折り返した状態でバックシート３１８に圧力を加えることになる。

　このような折り返しを行うと、折り返し部分で集電配線３１６ａ，３１６ｂの断線が生ずる可能性があり、光電変換装置４００の信頼性が低下するおそれがある。

　図６は、本発明の第２の実施の形態における光電変換装置５００の平面図を示す。図７及び図８は、本発明の第２の実施の形態における光電変換装置５００の断面図を示す。図７は、図６におけるラインＸ－Ｘに沿った断面を示し、図８は、図６におけるラインＹ－Ｙに沿った断面を示す。

　光電変換装置５００は、図６～図８に示すように、ガラス等の基板３１０上に形成された光電変換ユニット３１２を含んで構成される。光電変換ユニット３１２は、透明電極、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層及び裏面電極を積層して構成することができる。ｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層は、例えば、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等を適用することが好適である。ただし、これに限定されるものではなく、光電変換が可能なものであればよい。光電変換ユニット３１２は、レーザ光等によって形成されたスリットを用いて複数の光電変換素子に分割され、それら複数の光電変換素子が直並列に接続される。

　光電変換ユニット３１２上には、絶縁テープ３１４を挟んで、光電変換ユニット３１２の端辺から中央に向かって集電配線３３０ａ，３３０ｂが延設される。集電配線３３０ａ，３３０ｂは、直並列に接続された光電変換素子で発電された電力を光電変換ユニット３１２の端辺から中央に配置される端子ボックス３２２へ集電するために設けられる。集電配線３３０ａ，３３０ｂのいずれか一方が正電圧の電極であり、他方が負電圧の電極となる。

　光電変換ユニット３１２、絶縁テープ３１４及び集電配線３３０ａ，３３０ｂは、バックシート３１８によって覆われ、ＥＶＡ等の充填材３２０を用いて封止される。バックシート３１８による封止を行う際には、集電配線３３０ａ，３３０ｂのそれぞれの端部３３０ｃ，３３０ｄは、端部３３０ｃ，３３０ｄをそれぞれ覆う絶縁フィルム３３０ｅ，３３０ｆと共にバックシート３１８に設けられた配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂから引き出された状態で封止される。このような状態において、温度１５０℃程度に加熱しつつ、バックシート３１８上から圧力を加えることによって封止が行われる。

　端子ボックス３２２は、バックシート３１８上に配置される。配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂから引き出された集電配線３３０ａ，３３０ｂの端部３３０ｃ，３３０ｄは、端子ボックス３２２内の電極端子３２２ａ，３２２ｂにそれぞれ接続され、端子ボックス３２２を用いて光電変換ユニット３１２から電力が取り出される。

　第２の実施の形態では、図９の拡大平面図に示すように、集電配線３３０ａ，３３０ｂはそれぞれの延設方向に対して直交する方向にずらして設けられる。集電配線３３０ａ，３３０ｂは、互いに集電配線３３０ａ，３３０ｂの幅Ｄよりも大きくずらすことが好適である。

　このように集電配線３３０ａ，３３０ｂを互いにずらして配置することによって、図９に示すように、配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂから引き出された端部３３０ｃ，３３０ｄの長さＬが配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂの間隔Ｗよりも大きい場合であっても、配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂの間隔Ｗの領域で端部３３０ｃ，３３０ｄが重なり合うことがなくなる。

　また、配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂから引き出された絶縁フィルム３３０ｅ，３３０ｆの長さは、配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂの間隔Ｗの領域で絶縁フィルム３３０ｅ，３３０ｆが隙間Ｓをもって互いに重なり合うことがない長さに設定することが好適である。例えば、配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂから引き出された絶縁フィルム３３０ｅ，３３０ｆの長さの和が配線引き出し口３１８ａ，３１８ｂの間隔以下となるようにすることが好適である。

　これにより、図９に示すように、端部３３０ｃ，３３０ｄ及び絶縁フィルム３３０ｅ，３３０ｆをバックシート３１８上で折り返すことなく、延設方向に沿って伸ばした状態でバックシート３１８に圧力を加えることができる。したがって、折り返し部分で集電配線３３０ａ，３３０ｂが断線してしまうおそれがなくなる。その結果、光電変換装置５００の信頼性を向上させることができる。

　また、端部３３０ｃ，３３０ｄ及び絶縁フィルム３３０ｅ，３３０ｆをバックシート３１８上で折り返さない状態で集電配線３３０ａ，３３０ｂを接続するための端子ボックスを設置することができるので、端子ボックスのサイズをより小さくすることができる。これに伴って、端子ボックスに充填するシリコーン等の樹脂の量を減らすことができる。

　本発明の第２の実施の形態では、絶縁フィルム３３０ｅ、３３０ｆが端部３３０ｄ、３３０ｃとそれぞれ重なるように、配線引き出し口３１８ａ、３１８ｂを設けたが、これらが重ならないように配線引き出し口３１８ａ、３１８ｂを設けてもよい。絶縁フィルム３３０ｅ、３３０ｆと端部３３０ｄ、３３０ｃとがそれぞれ重ならない場合であっても、端部３３０ｃ、３３０ｄの長さＬが配線引き出し口３１８ａ、３１８ｂの間隔Ｗよりも大きくすることによって、バックシート３１８に圧力を加えることに由来する信頼性の低下を抑制することができる。

　第１の実施の形態および第２の実施の形態はそれぞれ別の実施形態として説明したが、同時に実施してもよい。第１および第２の実施の形態を同時に採用することにより、それぞれ単独で実施した場合に比べさらに集電配線の信頼性を高めることができる。

　１０　外部ケース、１２ａ，１２ｂ　電極端子、１４　外部配線、１６　ダイオード、１８ａ，１８ｂ　集電配線、２０ａ，２０ｂ　配線引き出し口、３０ａ，３０ｂ　集電配線、３２ａ，３２ｂ　配線引き出し口、１００　端子ボックス、１０２　バックシート、２００　端子ボックス、２０２　バックシート、３１０　基板、３１２　光電変換ユニット、３１４　絶縁テープ、３１６ａ，３１６ｂ　集電配線、３１６ｃ，３１６ｄ　端部、３１６ｅ，３１６ｆ　絶縁フィルム、３１８　バックシート、３１８ａ，３１８ｂ　配線引き出し口、３２０　充填材、３２２　端子ボックス、３２２ａ，３２２ｂ　電極端子、３３０ａ，３３０ｂ　集電配線、３３０ｃ，３３０ｄ　端部、３３０ｅ，３３０ｆ　絶縁フィルム、４００，５００　光電変換装置。

Claims

　光電変換パネルで発電された電流を外部に取り出すために前記光電変換パネル上に延設された集電配線と、
　前記集電配線が設けられた前記光電変換パネルの裏面を覆い、前記集電配線の一端が配線引き出し口から引き出された状態で前記光電変換パネルに圧着されたバックシートと、
　前記配線引き出し口から引き出された前記集電配線が接続される電極端子を含む端子ボックスと、
を備え、
　前記集電配線の前記配線引き出し口からの引出位置から前記電極端子との接続位置までの前記集電配線の実質長Ｌは、前記引出位置から前記接続位置までの直線距離の１．２倍以上であることを特徴とする光電変換装置。
　請求項１に記載の光電変換装置であって、
　前記集電配線は、各々が別々の前記配線引き出し口から引き出されるように２本設けられており、
　前記端子ボックスは、前記集電配線の各々が接続される別々の前記電極端子を備え、
　前記端子ボックス内において前記集電配線が互いに接触し得ないものであることを特徴とする光電変換装置。
　請求項２に記載の光電変換装置であって、
　前記実質長Ｌは、前記配線引き出し口の間隔Ｗ１、前記電極端子の間隔Ｗ２及び前記配線引き出し口から前記電極端子までの垂直距離Ｈとして、

未満であることを特徴とする光電変換装置。
　光電変換装置の製造方法であって、
　基板上に光電変換ユニットを形成する第１の工程と、
　前記光電変換ユニットで発電された電流を外部に取り出すために、２本の集電配線を互いに平行に延設する第２の工程と、
　前記集電配線が設けられた前記光電変換ユニットの裏面をバックシートで覆いつつ、前記２本の集電配線の各々の一端を前記バックシートに設けられた配線引き出し口から引き出した状態で前記バックシートを前記光電変換ユニットに圧着する第３の工程と、
を備え、
　前記第２の工程では、
　前記２本の集電配線の前記配線引き出し口から引き出される部分の長さが前記２本の集電配線に対する前記配線引き出し口の間隔よりも長いものとし、前記２本の集電配線が互いに重なり合わないように延設方向に対して直交する方向にずらして配置することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
　請求項４に記載の光電変換装置の製造方法であって、
　前記２本の集電配線は、前記一端が絶縁部材によって覆われ、前記一端が前記絶縁部材と共に前記バックシートに設けられた前記配線引き出し口から引き出されており、前記配線引き出し口から引き出された前記絶縁部材の長さの和が前記２本の集電配線に対する前記配線引き出し口の間隔以下であることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
　基板上に光電変換ユニットが形成された光電変換モジュールと、
　前記光電変換ユニットで発電された電流を外部に取り出すために前記光電変換ユニット上に互いに平行に延設された２本の集電配線と、
　前記集電配線が設けられた前記光電変換ユニットの裏面を覆って前記光電変換ユニットに圧着されたバックシートと、
を備え、
　前記２本の集電配線は、
　各々の一端が絶縁部材によって覆われ、当該一端が前記絶縁部材と共に前記バックシートに設けられた前記配線引き出し口から引き出されており、
　前記配線引き出し口から引き出された前記絶縁部材の長さの和が前記２本の集電配線に対する前記配線引き出し口の間隔以下であることを特徴とする光電変換装置。
　請求項６に記載の光電変換装置であって、
　前記２本の集電配線は、互いに重なり合わないように延設方向に対して直交する方向にずらして配置されていることを特徴とする光電変換装置。
　請求項７に記載の光電変換装置であって、
　前記２本の集電配線は、前記配線引き出し口から引き出された部分の長さが前記２本の集電配線に対する前記配線引き出し口の間隔よりも長いことを特徴とする光電変換装置。