(57)【要約】【課題】太陽電池セルが複数接続されたストリングスのインターコネクタと出力リードフレームとをはんだ付けする際またははんだ付けした後の温度変化によって太陽電池セルに生じる応力を緩和することができる太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】複数の太陽電池セル１がインターコネクタ８を介して直列に接続されたストリングスを複数並列に配置して、ストリングスの端部から導出されるインターコネクタ８を、ストリングスの並列方向に延在する出力リードフレーム１０で接続した太陽電池モジュールにおいて、１つのストリングスの一方の端部から延びるインターコネクタ８のすべてとはんだ付けによって接続され、出力リードフレーム１０よりも断面積の小さな短リードフレーム１１を備え、短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０とが一箇所ではんだ付けされる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルがインターコネクタを介して直列に接続されたストリングスを複数並列に配置して、前記ストリングスの端部から導出される前記インターコネクタを、前記ストリングスの並列方向に延在する出力リードフレームで接続した太陽電池モジュールにおいて、
１つの前記ストリングスの一方の端部から延びる前記インターコネクタのすべてとはんだ付けによって接続され、前記出力リードフレームよりも断面積の小さな短リードフレームを備え、
前記短リードフレームと前記出力リードフレームとが一箇所ではんだ付けされることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記インターコネクタは、前記ストリングスの伸長方向に延在して、前記ストリングスの並列方向に間隔をおいて２本設けられ、
前記短リードフレームは、両端部でそれぞれの前記インターコネクタとはんだ付けによって接続されるとともに、前記短リードフレームの前記ストリングスの並列方向の中心付近で前記出力リードフレームとはんだ付けによって接続されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
複数の太陽電池セルがインターコネクタを介して直列に接続されたストリングスを複数並列に配置して、前記ストリングスの端部から導出される前記インターコネクタを、前記ストリングスの並列方向に延在する出力リードフレームで接続した太陽電池モジュールにおいて、
前記ストリングスの一方の端部から延びる前記インターコネクタと一方の端部ではんだ付けによって接続され、他方の端部で前記出力リードフレームとはんだ付けによって接続され、前記出力リードフレームよりも断面積の小さな短リードフレームを、前記ストリングスの一方の端部から延びる前記各インターコネクタに対して設けることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記インターコネクタは、前記ストリングスの伸長方向に延在して、前記ストリングスの並列方向に間隔をおいて２本設けられ、
前記各短リードフレームの一方の端部は前記インターコネクタとはんだ付けによって接続され、他方の端部は２本の前記インターコネクタ間の中心方向に向かって配置されるとともに前記出力リードフレームとはんだ付けによって接続されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記短リードフレームは、その長手方向が前記出力リードフレームの長手方向と一致するように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池モジュールの構造は、複数の太陽電池セルをインターコネクタで直列に接続してストリングスを形成し、並行に配置したストリングス間を導電性の出力リードフレームで接続してモジュール化した構造を有する（たとえば、特許文献１参照）。このような太陽電池モジュールは、以下のようにして形成される。まず、表面（受光面）と裏面にそれぞれ印刷によって銀の電極が形成された太陽電池セルの表面の電極と、隣接する太陽電池セルの裏面の電極とに銅箔などの導電性のインターコネクタをはんだ付けして所定の数の太陽電池セルを直列に接続したストリングスを形成する。さらに、所定数のストリングスを併設してストリングスから導出されたインターコネクタを銅箔などの導電性の出力リードフレームにはんだ付けして連結し、その後、ガラスなどの透光性を有する表面部材とＥＶＡ（Ethylene-Vinyl  Acetate）などの透光性を有する封止材と耐候性を有する裏面部材とによって封止する。そして、出力リードフレームはモジュールの裏面に設けられた端子ボックスまで延長され、外部出力ケーブルに接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６５７７３号公報（段落［０００４］〜［０００９］、図１１〜図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、出力リードフレームに用いられる銅箔などの金属導体の線膨張係数は太陽電池セルの基板に用いられるシリコンに比べて大きい。そのため、インターコネクタと出力リードフレームとをはんだ付けする際、はんだが溶融した後に室温まで冷却する過程において上記の線膨張係数の差に起因する応力が太陽電池セルにかかり、太陽電池セルが破損し、歩留まりが低下してしまうという問題点があった。
【０００５】
また、インターコネクタと出力リードフレームとのはんだ付け直後に太陽電池セルに破損が生じていなくても、周囲の温度変化による出力リードフレームの膨張、収縮によって太陽電池セルに繰り返しの応力が生じ、使用中に破損してしまうという問題点もあった。特に、近年の太陽電池セルは原材料費を低減するために厚さが２００μｍ以下にまで薄くなっており、機械強度が低いために、上記の破損の発生頻度が増加している。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、太陽電池セルをインターコネクタで接続したストリングスを、複数併設して、出力リードフレームにインターコネクタをはんだ付けして連結する太陽電池モジュールにおいて、インターコネクタと出力リードフレームとをはんだ付けする際またははんだ付けした後の温度変化によって太陽電池セルに生じる応力を緩和することができる太陽電池モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルがインターコネクタを介して直列に接続されたストリングスを複数並列に配置して、前記ストリングスの端部から導出される前記インターコネクタを、前記ストリングスの並列方向に延在する出力リードフレームで接続した太陽電池モジュールにおいて、１つの前記ストリングスの一方の端部から延びる前記インターコネクタのすべてとはんだ付けによって接続され、前記出力リードフレームよりも断面積の小さな短リードフレームを備え、前記短リードフレームと前記出力リードフレームとが一箇所ではんだ付けされることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、出力リードフレームと短リードフレームとが１箇所でしか接続されていないので、出力リードフレームが熱膨張または収縮しても太陽電池セルには応力が発生しないという効果を有する。また、短リードフレームの断面積を出力リードフレームよりも小さくしているので、短リードフレームの剛性が出力リードフレームよりも小さいくなり、太陽電池セルに発生する応力を低減することができるという効果も有する。さらに、短リードフレームの長さが出力リードフレームの長さに比較して短く、接続部以外でも短リードフレームは出力リードフレームと接触しているので、短リードフレームの断面積の低下による抵抗ロスを防止することもできるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１による太陽電池モジュールに使用される太陽電池セルの一例を示す上面図である。
【図２】図２は、太陽電池セルの下面図である。
【図３】図３は、この発明の実施の形態１による太陽電池モジュールの本体部の構成の一例を模式的に示す下面図である。
【図４】図４は、インターコネクタと出力リードフレームとの接続構造を示す下面図である。
【図５】図５は、この実施の形態１による太陽電池モジュールの製造方法の手順の一例を示す図である（その１）。
【図６】図６は、この実施の形態１による太陽電池モジュールの製造方法の手順の一例を示す図である（その２）。
【図７】図７は、この実施の形態１による太陽電池モジュールの製造方法の手順の一例を示す図である（その３）。
【図８】図８は、実施の形態２によるインターコネクタと出力リードフレームの接続部の構成の一例を示す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールを詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による太陽電池モジュールに使用される太陽電池セル（太陽電池素子）の一例を示す上面図であり、図２は、太陽電池セルの下面図である。また、図３は、この発明の実施の形態１による太陽電池モジュールの本体部の構成の一例を模式的に示す下面図であり、図４は、インターコネクタと出力リードフレームとの接続構造を示す下面図であり、図３の点線で囲まれた領域Ａを拡大した図である。なお、この明細書においては、太陽電池モジュール（太陽電池セル）の受光面側を上面というものとする。
【００１２】
太陽電池モジュールに用いられる太陽電池セル１は、Ｐ型シリコン基板などのＰ型の半導体基板５の受光面側に、Ｎ型不純物であるリンなどを拡散したＮ型の不純物層拡散層（図示せず）が形成され、この不純物拡散層上にシリコン窒化膜よりなる反射防止膜４が形成されている。また、半導体基板５の受光面側には、Ｘ方向に延在し、Ｘ方向に交差する（たとえば直交する）Ｙ方向に所定の間隔で形成される長尺細長の細線電極３と、この細線電極３と導通し、Ｙ方向に延在する集電電極２が設けられており、それぞれ底面部において不純物拡散層と電気的に接続している。一方、半導体基板５の裏面（受光面と反対側の面）には、ほぼ全体にわたって裏面電極７が設けられており、受光面側の集電電極２と略同一の位置には、Ｙ方向に延在する裏面集電電極６が設けられている。なお、ここでは、集電電極２と裏面集電電極６とは、Ｘ方向に所定の間隔をおいて２本形成されているが、本数などは任意のものを用いることができる。また、太陽電池セル１においても、導電型などを上記と入れ替えたものを使用してもよいし、半導体基板５と裏面集電電極６との間にＢＳＦ（Back  Surface  Field）層を設けた構造のものを使用してもよい。
【００１３】
このような太陽電池セル１の裏面集電電極６と、隣接する太陽電池セル１の集電電極２との間とをはんだ付けされた導電性のインターコネクタ８を介して接続し、たとえば１０枚の太陽電池セル１を、Ｙ方向に直列に接続したストリングス９を形成する。ここで、インターコネクタ８は導電性の材料からなり、たとえば、銅の表面にあらかじめＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのはんだが表面にコーティングされたものである。
【００１４】
太陽電池モジュール本体部１３は、複数のストリングス９をＸ方向に並列配置して、Ｘ方向に延在する出力リードフレーム１０を介して電気的に接続した構成を有する。具体的には、ストリングス９の端部からＹ方向に導出された２本のインターコネクタ８間を、Ｘ方向に延在する１本の短リードフレーム１１で連結する。このように短リードフレーム１１で連結された一対のインターコネクタ８を有するストリングス９を、ストリングス９の伸長方向とは直交するＸ方向にたとえば５本並行に配置する。そして、各ストリングス９の短リードフレーム１１を出力リードフレーム１０と１箇所の接続部１２のみではんだ付けして、５本のストリングス９を電気的に連結する。
【００１５】
ここで、出力リードフレーム１０と短リードフレーム１１はいずれも導電性の材料からなり、たとえば、銅の表面にあらかじめＳｎ−Ａｇ−Ｃｕのはんだをコーティングしたものである。また、短リードフレーム１１の長さは、１つのストリングス９の一対のインターコネクタ８間を接続することができる程度の長さを有し、幅は、出力リードフレーム１０の幅以下である。さらに、短リードフレーム１１の断面積は出力リードフレーム１０よりも小さく形成されている。
【００１６】
なお、図示していないが、太陽電池モジュールは、ガラスなどの透光性を有する表面部材とＥＶＡなどの透光性を有する封止材と、耐候性を有する裏面部材とによって、太陽電池モジュール本体部１３を封止した構造を有する。
【００１７】
このように、この実施の形態１では、ストリングス９の端部から導出されるインターコネクタ８の端部を短リードフレーム１１で接続し、この短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０とを１点ではんだ付けして接続するようにした。これによって、出力リードフレーム１０に短リードフレーム１１をはんだ付けした後に、室温に至るまでの冷却過程において、出力リードフレーム１０が長手方向に収縮しても、ストリングス９のインターコネクタ８と太陽電池セル（半導体基板）との線膨張係数の際に起因する線膨張係数の差に起因する応力の発生が抑えられる。また、周囲の温度変化による出力リードフレーム１０の膨張、収縮が生じても、太陽電池セル１への繰り返しの応力の発生も抑えられる。
【００１８】
つぎに、このような太陽電池モジュールの製造方法の一例について説明する。図５〜図７は、この実施の形態１による太陽電池モジュールの製造方法の手順の一例を示す図である。まず、図１と図２に示されるような太陽電池セル１を形成する。この太陽電池セル１の形成方法は、従来提案されている方法によって形成することができるので、ここでは、その説明を省略する。
【００１９】
ついで、太陽電池セル１の受光面側の集電電極２にインターコネクタ８をはんだ付けし、そのインターコネクタ８を隣接する太陽電池セル１の裏面側の裏面集電電極６とはんだ付けする。このようにして、Ｙ方向に所定の数（たとえば１０個）の太陽電池セル１を直列に接続して、ストリングス９を形成する。その後、ストリングス９の端部に形成された一対のインターコネクタ８間を、短リードフレーム１１ではんだ付けする（図５）。
【００２０】
その後、端部が短リードフレーム１１ではんだ付けされたストリングス９を、Ｘ方向に並列に配置し、各ストリングス９の短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０とを、１点ではんだ付けする。具体的には、まず、短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０との間の位置合わせを行って（図６）、ついで、押さえピン２２で短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０の接続部１２を押さえながら、短リードフレーム１１の上方よりエアヒータ２１で接続部１２を加熱し、短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０の接続部１２のはんだを溶融温度以上まで加熱する（図７）。その後、エアヒータ２１を上方に移動させて、接続部１２のはんだを冷却、凝固させるとともに押さえピン２２を開放し、短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０との接続が完了する。以上によって、図３に示されるような実施の形態１による太陽電池モジュール本体部１３が得られる。
【００２１】
なお、その後、太陽電池モジュール本体部１３を、ガラスのような透光性を有する表面部材（図示せず）とＥＶＡなどの透光性を有する封止材（図示せず）と耐候性を有する裏面部材（図示せず）とによって封止する。また、出力リードフレーム１０はモジュールの裏面に設けられた端子ボックス（図示せず）まで延長され、外部出力ケーブル（図示せず）に接続され、太陽電池モジュールが完成する。
【００２２】
この実施の形態１によれば、ストリングス９のインターコネクタ８と接続された短リードフレーム１１が、出力リードフレーム１０と一箇所の接続部１２でしか接続されていないので、出力リードフレーム１０とのはんだ付け後の室温に至るまでの冷却過程において出力リードフレーム１０が長手方向に収縮しても、その収縮による応力が太陽電池セル１に生じない。また、短リードフレーム１１の断面積は出力リードフレーム１０よりも小さくして、出力リードフレーム１０よりも剛性を小さくしたため、太陽電池セル１に発生する応力を低減して割れなどの破損を防止することができるという効果を有する。これによって、太陽電池モジュールの製造工程において、太陽電池モジュール本体部１３の製造時に太陽電池セル１の破損が減るので、製造歩留まりを向上させることができる。
【００２３】
さらに、太陽電池モジュール製造後の使用中の周囲の温度変化に対しても同様に太陽電池セル１に生じる応力が低減して割れなどの破損を防止でき、信頼性を向上することができるとともに、太陽電池モジュールの耐久性を向上させることができるという効果を有する。さらにまた、短リードフレーム１１の長さが出力リードフレーム１０の長さに比較して短いことと、はんだ付けしていない箇所でも短リードフレーム１１と出力リードフレーム１０との接触による導通があるので、電気抵抗の増加による太陽電池モジュール出力の低下を防止することもできる。
【００２４】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２によるインターコネクタと出力リードフレームの接続部の構成の一例を示す下面図である。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００２５】
図８に示されるように、実施の形態２の太陽電池モジュールにおいては、ストリングス９から導出されたそれぞれのインターコネクタ８と出力リードフレーム１０との間に、インターコネクタ８間の距離の半分よりも短い短リードフレーム１１Ａをそれぞれ設けて、それぞれを接続する構造となっている。具体的には、出力リードフレーム１０の長手方向（Ｘ方向）でかつ太陽電池セル１の幅の中央方向に向けて延長させた短リードフレーム１１Ａを配置して、短リードフレーム１１Ａとインターコネクタ８とを一方の端部付近ではんだ付けするとともに、延長させた他の端部において短リードフレーム１１Ａと出力リードフレーム１０とをはんだ付けして接続している。この図では、短リードフレーム１１Ａの長さは、２つのインターコネクタ８間の距離の１／３程度となっている。また、短リードフレーム１１Ａの断面積は、実施の形態１と同様に出力リードフレーム１０よりも小さくなっている。
【００２６】
なお、インターコネクタ８と出力リードフレーム１０との接続方法は、まず、短リードフレーム１１Ａの一方の端部とストリングス９から導出されたインターコネクタ８とを、はんだ付けによって接続する。このとき、短リードフレーム１１Ａの他方の端部は、ストリングス９から導出されるもう一方のインターコネクタ８側の方向に位置するように接続される。また、短リードフレーム１１Ａとインターコネクタ８との交わる角度は、略直角となるように接続される。これをストリングス９のそれぞれのインターコネクタ８に対して行う。そして、実施の形態１で説明したように、２つの短リードフレーム１１Ａと出力リードフレーム１０との位置合わせを行って、押さえピンで短リードフレーム１１Ａの他方の端部と出力リードフレーム１０との接続部１２Ａを押えながら、接続部１２Ａをはんだの溶融温度以上まで加熱し、冷却、凝固させるとともに押えピンを開放し、短リードフレーム１１Ａと出力リードフレーム１０との接続が完了する。以上によって、図８に示されるような接続構造を有する太陽電池モジュール本体部１３が得られる。
【００２７】
この実施の形態２によれば、一方の端部がインターコネクタ８と接続された短リードフレーム１１Ａを互いに太陽電池セル１の中央方向に延長させ、この延長部の端部で出力リードフレーム１０とはんだ付けするようにしたので、インターコネクタ８と出力リードフレーム１０との２点の接続箇所の距離が実施の形態１の場合よりも小さくなり、はんだ付け後の冷却過程で生じる出力タブ（出力リードフレーム１０）の縮み量を減少させることができる。その結果、出力リードフレーム１０が長手方向に収縮したときの太陽電池セル１に生じる応力の発生を、実施の形態１に比してさらに抑えることができる。
【００２８】
また、短リードフレーム１１Ａの断面積が出力リードフレーム１０より小さくその剛性が低いため、太陽電池セル１に発生する応力を低減させることができ、太陽電池セル１の破損を防止するとともに、信頼性を向上させることができるという効果を有する。さらに、短リードフレーム１１Ａの断面積は出力リードフレーム１０よりも小さく電気抵抗は増加するが、短リードフレーム１１Ａの長さが僅かであることと、はんだ付けしていない箇所でも短リードフレーム１１Ａと出力リードフレーム１０との接触による導通があるため、電気抵抗の増加による太陽電池モジュールの出力の低下を防止することもできる。
【００２９】
なお、上述した説明では、Ｙ方向に延在した２本のインターコネクタ８が太陽電池セル１に設けられる場合を示したが、これに限定されるものではなく、任意の本数のインターコネクタ８が設けられる太陽電池セル１を有する太陽電池モジュールに対しても、同様にこの発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、バルクの太陽電池を用いた太陽電池モジュールに有用であり、特に、数百μｍ程度以下の半導体基板を用いて製造した太陽電池セルからなる太陽電池モジュールに適している。
【符号の説明】
【００３１】
１  太陽電池セル
２  集電電極
３  細線電極
４  反射防止膜
５  半導体基板
６  裏面集電電極
７  裏面電極
８  インターコネクタ
９  ストリングス
１０  出力リードフレーム
１１  短リードフレーム
１１Ａ  短リードフレーム
１２  接続部
１２Ａ  接続部
１３  太陽電池モジュール本体部
２１  エアヒータ
２２  押さえピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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