(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部、及び前記光電変換部の表面上に形成されている電極を有する複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池を電気的に接続している配線材と、
前記太陽電池と前記配線材とを接着している樹脂接着剤と、
を備え、
前記樹脂接着剤は、前記配線材の裏面と前記電極の側面に跨がって形成される部分と、前記配線材の裏面から前記電極の側面を経て前記光電変換部の表面に達する部分とを含み、
前記配線材の裏面と前記電極の側面と前記光電変換部の表面とで囲われた領域において、前記配線材と前記太陽電池との間には、前記樹脂接着剤の不連続領域が存在しており、前記配線材の裏面と前記樹脂接着剤との間には、空隙部分が存在している、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記不連続領域は、前記電極に隣接している、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記不連続領域は、前記配線材によって接続される前記複数の太陽電池が配列される方向に沿って、複数設けられる、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
光電変換部、及び前記光電変換部の表面上に形成されている電極を有する複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を電気的に接続している配線材と、前記太陽電池の電極と前記配線材とを接着している樹脂接着剤とを備え、前記樹脂接着剤は、前記配線材の裏面と前記電極の側面に跨がって形成される部分と、前記配線材の裏面から前記電極の側面を経て前記光電変換部の表面に達する部分とを含み、前記配線材の裏面と前記電極の側面と前記光電変換部の表面とで囲われた領域において、前記配線材と前記太陽電池との間には、前記樹脂接着剤の不連続領域が存在しており、前記配線材の裏面と前記樹脂接着剤との間には、空隙部分が存在している太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記太陽電池と前記配線材との間に、前記電極の高さよりも薄い樹脂接着材料を配置した状態で、前記太陽電池と前記配線材とをプレスすることにより前記電極と前記配線材とを電気的に接続すると共に、前記樹脂シートを硬化させることにより前記太陽電池と前記配線材とを接着する、太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記不連続領域は、前記配線材によって接続される前記複数の太陽電池が配列される方向に沿って、複数設けられる、請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷が小さいエネルギー源として、太陽電池モジュールが大いに注目されている。
【０００３】
一般的に、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を備えている。複数の太陽電池は、配線材によって電気的に直列または並列に接続されている。
【０００４】
従来、太陽電池と配線材との接着には、半田が広く用いられていた。しかしながら、半田を用いて太陽電池と配線材とを接着するためには、半田を融解させる必要がある。このため、接着工程において、太陽電池が高温になる。その結果、太陽電池が損傷したり、変形したりする虞がある。
【０００５】
これに鑑み、近年、太陽電池と配線材との接着に、導電性樹脂接着剤を用いることが検討されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
太陽電池と配線材とを、導電性樹脂接着剤などの樹脂接着剤を用いて接着する場合は、半田により接着する場合とは異なり、接着時の温度を低くすることができる。このため、配線材の接着工程における太陽電池の損傷や変形等を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２９５９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、太陽電池モジュールに求められる、繰り返しの温度変化に対する耐久性の基準が益々高くなってきている。
【０００９】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂接着剤を用いて太陽電池と配線材とが接着されている太陽電池モジュールにおいて、繰り返しの温度変化に対する耐久性のさらなる向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、配線材と、樹脂接着剤とを備えている。複数の太陽電池のそれぞれは、光電変換部及び電極を有する。電極は、光電変換部の表面上に形成されている。配線材は、複数の太陽電池を電気的に接続している。樹脂接着剤は、太陽電池と配線材とを接着している。配線材と太陽電池との間には、樹脂接着剤の不連続領域が存在している。
【００１１】
本発明に係る太陽電池モジュールでは、不連続領域は、電極に隣接していることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、光電変換部、及び光電変換部の表面上に形成されている電極とを備える複数の太陽電池と、複数の太陽電池を電気的に接続している配線材と、太陽電池の電極と配線材とを接着している樹脂接着剤とを備える太陽電池モジュールの製造方法に関する。本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、太陽電池と配線材との間に、電極の高さよりも薄い樹脂接着材料を配置した状態で、太陽電池と配線材とをプレスすることにより電極と配線材とを電気的に接続すると共に、樹脂シートを硬化させることにより太陽電池と配線材とを接着する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、樹脂接着剤を用いて太陽電池と配線材とが接着されている太陽電池モジュールにおいて、繰り返しの温度変化に対する耐久性のさらなる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】太陽電池の受光面側から観た略図的平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における配線材の接続工程を説明するための略図的断面図である。
【図５】第１の変形例における配線材の接続工程を説明するための略図的断面図である。
【図６】第２の変形例における太陽電池の受光面側から観た略図的平面図である。
【図７】第３の変形例における太陽電池の受光面側から観た略図的平面図である。
【図８】実施例１及び比較例１のそれぞれにおける温度サイクル試験結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す太陽電池モジュール１を例に挙げて説明する。但し、太陽電池モジュール１は、単なる例示である。本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池モジュール１に何ら限定されない。
【００１６】
なお、実施形態や変形例など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。
【００１７】
（太陽電池モジュール１の概略構成）
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。
【００１８】
太陽電池モジュール１は、配列方向ｘに沿って配列された複数の太陽電池１０を備えている。複数の太陽電池１０は、配線材１１によって電気的に接続されている。具体的には、隣接する太陽電池１０間が配線材１１によって電気的に接続されることによって、複数の太陽電池１０が直列または並列に電気的に接続されている。
【００１９】
複数の太陽電池１０の受光面側及び裏面側には、第１及び第２の保護部材１４，１５が配置されている。第１の保護部材１４と第２の保護部材１５との間には、封止材１３が設けられている。複数の太陽電池１０は、この封止材１３により封止されている。
【００２０】
封止材１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５の材料は、特に限定されない。封止材１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の透光性を有する樹脂により形成することができる。
【００２１】
第１及び第２の保護部材１４，１５は、例えば、ガラス、樹脂などにより形成することができる。また、例えば、第１及び第２の保護部材１４，１５のうちの一方を、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成してもよい。本実施形態では、第１の保護部材１４は、太陽電池１０の裏面側に配置されており、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成されている。第２の保護部材１５は、太陽電池１０の受光面側に配置されており、ガラスまたは透光性樹脂からなる。
【００２２】
（太陽電池１０の構造）
図２は、太陽電池の受光面側から視た略図的平面図である。なお、ここで説明する太陽電池１０は、単なる一例である。本発明において、太陽電池の種類や構造は何ら限定されない。
【００２３】
また、本実施形態においては、太陽電池１０の一方の主面が受光面であり、他方の主面が裏面であるが、本発明において、太陽電池の両主面が受光面であってもよい。その場合は、上記第１及び第２の保護部材１４，１５のそれぞれが透光性を有することが好ましい。
【００２４】
（光電変換部２０）
図２に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、受光することによってキャリア（電子及び正孔）を生成するものである。
【００２５】
光電変換部２０は、ＨＩＴ（登録商標）接合、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合等の半導体接合を有する半導体材料から構成されている。半導体材料としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶半導体、非晶質シリコンなどの薄膜半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体などが挙げられる。
【００２６】
（電極２１）
光電変換部２０の受光面２０ａには、電極２１が形成されている。図示は省略するが、同様に、光電変換部２０の裏面にも、電極２１が形成されている。図２に示すように、電極２１は、複数のフィンガー電極２２と、複数のバスバー２３とを備えている。なお、本実施形態では、複数のフィンガー電極２２と複数のバスバー２３とは一体に形成されている。
【００２７】
複数のフィンガー電極２２のそれぞれは、配列方向ｘに垂直な方向ｙに相互に平行に延びている。複数のフィンガー電極２２は、配列方向ｘに沿って相互に平行に配列されている。
【００２８】
バスバー２３は、配列方向ｘに沿って千鳥状に形成されている。このバスバー２３は、複数のフィンガー電極２２に電気的に接続されている。
【００２９】
（配線材１１による太陽電池１０の電気的接続）
図１に示すように、隣接して配置されている太陽電池１０は、配線材１１により電気的に接続されている。具体的には、配線材１１の一方側の部分が、太陽電池１０の受光面２０ａ側の電極２１に電気的に接続されると共に、配線材１１の他方側の部分が、当該太陽電池１０に隣接している太陽電池１０の裏面側の電極２１に電気的に接続されることにより、隣接する太陽電池１０が配線材１１により電気的に接続されている。
【００３０】
配線材１１は、導電性を有するものである限りにおいて特に限定されない。配線材１１は、例えば、配線材本体と、配線材本体を覆う被覆層とにより構成することができる。配線材本体は、例えば、Ｃｕにより形成することができる。被覆層は、例えば、Ａｇなどの金属や、半田などの合金により形成することができる。
【００３１】
図１及び図３に示すように、配線材１１と太陽電池１０とは、樹脂接着剤１２により接着されている。本実施形態では、具体的には、太陽電池１０の電極２１と配線材１１とが直接接触した状態で、太陽電池１０と配線材１１とが樹脂接着剤１２により接着されている。このように、本実施形態では、電極２１と配線材１１とを直接接触させることにより電極２１と配線材１１とを電気的に接続している。樹脂接着剤１２は、配線材１１の裏面と電極２１の側面に跨がって形成されており、両者を接着している。また、樹脂接着剤１２は、部分的に、配線材１１の裏面から電極２１の側面を経て光電変換部２０の表面に達するように形成されており、これら配線材１１、電極２１及び光電変換部２０を接着している。
【００３２】
樹脂接着剤１２は、接着性の樹脂を含んでいる。接着性の樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂及びこれらの樹脂のすくなくとも２つの混合体や共重合体が挙げられる。
【００３３】
樹脂接着剤１２は、導電性を有していてもよく、絶縁性を有していてもよい。導電性を有する樹脂接着剤１２としては、例えば、導電性粒子を含む上記樹脂からなる異方性導電性樹脂接着剤などが挙げられる。導電性粒子としては、例えば、ニッケル、銅、銀、アルミニウム、錫、金などの金属や、これらの金属のうちの一種以上を含む合金からなる粒子、もしくは金属コーティング処理または合金コーティング処理などの導電性コーティング処理が施された絶縁性粒子により構成することができる。
【００３４】
また、樹脂接着剤１２が絶縁性を有する場合には、上記の樹脂により絶縁性接着剤１２を構成することもできるし、シリカなどの絶縁性粒子を含む上記の樹脂により絶縁性接着剤１２を構成することもできる。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態では、配線材１１と太陽電池１０との間の領域には、樹脂接着剤１２が充填されていない領域が存在する。すなわち、配線材１１と太陽電池１０との間には、配線材１１と太陽電池１０の対向方向ｚにおいて、配線材１１から太陽電池１０に至るまで樹脂接着剤１２が連続的に位置していない不連続領域が存在している。また、この不連続領域は、電極２１に隣接している部分にも存在している。
【００３６】
（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の製造方法について詳細に説明する。
【００３７】
まず、光電変換部２０を用意する。なお、光電変換部２０は、公知の方法により作成することができる。
【００３８】
次に、光電変換部２０の受光面２０ａ及び裏面のそれぞれの上に、電極２１を形成することにより、太陽電池１０を完成させる。電極２１の形成方法は特に限定されない。電極２１は、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷することにより形成することができる。
【００３９】
次に、上記のように作製した複数の太陽電池１０を、配線材１１を用いて電気的に接続する。具体的には、図４に示すように、太陽電池１０と配線材１１との間に、樹脂シート３０を配置した状態で、配線材１１と電極２１とが直接接触するまで、太陽電池１０と配線材１１とをプレスする。そして、その状態で、樹脂シート３０を硬化させることにより、太陽電池１０と配線材１１とを接着する。樹脂シート３０の硬化物が樹脂接着剤１２となる。
【００４０】
ここで、本実施形態では、電極２１の高さｈよりも厚みｔが薄い樹脂シート３０を用いる。このため、図３に示すように、不連続領域が形成される。
【００４１】
なお、樹脂シート３０は、例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などのエネルギー線硬化性樹脂により形成することができる。その場合は、エネルギー線の硬化により樹脂シート３０を硬化させることができる。また、樹脂シート３０は、例えば、熱可塑性樹脂により形成することもできる。その場合は、樹脂シート３０を加熱することにより一旦軟化させ、その後、冷却することにより硬化させることができる。
【００４２】
上記のような太陽電池１０と配線材１１との接着を繰り返し行うことにより、複数の太陽電池１０を電気的に接続する。
【００４３】
次に、第２の保護部材１５の上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置する。樹脂シートの上に、配線材１１により電気的に接続された複数の太陽電池１０を配置する。その上に、ＥＶＡシートなどの樹脂シートを載置し、さらにその上に、第１の保護部材１４を載置する。これらを、減圧雰囲気中において、加熱圧着することにより仮圧着した後に、再度加熱することにより、樹脂シートを硬化させる。以上の工程により、太陽電池モジュール１を製造することができる。
【００４４】
なお、必要に応じて、端子ボックスや金属フレームなどの取り付けを行ってもよい。
【００４５】
本実施形態においては、前述したように配線材１１と太陽電池１０との間に、対向方向ｚにおいて、配線算１１から太陽電池１０に至るまで樹脂接着剤１２が連続的に位置していない不連続領域が設けられている。すなわち、配線材１１と太陽電池１０とは、樹脂接着剤１２によって全面にわたって接着されているわけではなく、配線材１１は、太陽電池１０に、樹脂接着剤１２によって部分的に接着されている。このため、配線材１１と太陽電池１０との熱膨張係数の違いに起因して、通常使用時の繰り返しの温度変化によって生じる熱ストレスの影響を緩和することができる。よって、配線材１１の剥離等の問題が生じることを抑制することができる。その結果、太陽電池モジュール１の耐久性を向上させることができる。
【００４６】
本実施形態においては、配線材１１と太陽電池１０との間に、対向方向ｚにおいて、配線材１１から太陽電池１０に至るまで樹脂接着剤１２が連続的に位置していない不連続領域が設けられている。この不連続領域を設けることにより、繰り返しの温度変化により配線材が太陽電池から剥離することを抑制でき、高い耐久性を実現することができる。
【００４７】
配線材１１と太陽電池１０との間の領域における不連続領域が占める体積割合は、約２０％以上であることが好ましい。但し、配線材１１と太陽電池１０との間の領域における不連続領域が占める体積割合が大きすぎると、配線材１１と電極２１との接着強度が低くなりすぎる場合がある。従って、配線材１１と太陽電池１０との間の領域における不連続領域が占める体積割合は、８０％以下であることが好ましい。
【００４８】
（第１の変形例）
図５は、第１の変形例における配線材の接続工程を説明するための略図的断面図である。
【００４９】
上記実施形態では、電極２１の高さｈよりも厚みｔが薄い樹脂シート３０を用いることにより、不連続領域を形成する例について説明した。但し、本発明において、不連続領域の形成方法は、この方法に限定されない。
【００５０】
例えば、図５に示すように、電極２１の頂部に樹脂３１を塗布し、この樹脂３１から樹脂接着剤１２を形成するようにしてもよい。この場合であっても、不連続領域を好適に形成することができる。
【００５１】
（第２及び第３の変形例）
図６は、第２の変形例における太陽電池の受光面側から観た略図的平面図である。図７は、第３の変形例における太陽電池の受光面側から観た略図的平面図である。
【００５２】
上記実施形態では、千鳥状に形成された複数のバスバー２３と、複数のフィンガー電極２２とにより電極２１が構成されている例について説明した。但し、本発明において、電極の構成は、この構成に限定されない。
【００５３】
図６に示すように、例えば、直線状に形成された複数のバスバー２３と、複数のフィンガー電極２２とにより電極２１を構成してもよい。
【００５４】
また、図７に示すように、例えば、バスバーを設けず、複数のフィンガー電極２２のみにより電極２１を構成してもよい。
【００５５】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５６】
（実施例１及び比較例１）
実施例１では、樹脂シート３０の厚みｔの電極２１の高さｈに対する比（ｔ／ｈ）を、約０．８として、上記実施形態に記載の方法により、上記実施形態の太陽電池モジュールと同様の構成を有する太陽電池モジュールを３つ作製した。
【００５７】
一方、比較例１では、樹脂シートの厚みｔの電極の高さｈに対する比（ｔ／ｈ）を約１．２としたこと以外は、上記実施例１と同様にして太陽電池モジュールを３つ作製した。
【００５８】
実施例１及び比較例１のそれぞれにおいて作製した太陽電池モジュールの断面を電子顕微鏡で観察した結果、上記実施形態で説明した不連続領域が形成されていることが確認された。それに対して、比較例１では、不連続領域は形成されていないか、不連続領域が形成されていたとしても極めて僅かであり、配線材と太陽電池との間が樹脂により充填されていることを確認した。
【００５９】
次に、実施例１及び比較例１のそれぞれにおいて作製した各３つの太陽電池モジュールについて、温度サイクル試験を実施した。温度サイクル試験では、高温（９０℃）から低温（−４０℃）に、または低温から高温に温度を変化させることを１サイクルとして４００サイクル実施した。そして、０サイクル後、５０サイクル後、１００サイクル後、２００サイクル後及び４００サイクル後のそれぞれにおける出力を測定し、実施例１及び比較例１のそれぞれについて、３つのサンプルの出力の平均値を算出した。結果を、図８に示す。なお、図８に示す出力は、各太陽電池モジュールの温度サイクル試験実施前の出力を１００とした規格化値である。
【００６０】
図８に示す結果から、不連続領域が形成されていた実施例１の方が、不連続領域が形成されていなかった比較例１よりも繰り返しの温度変化による出力低下が小さいことが分かる。
【符号の説明】
【００６１】
１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池
１１…配線材
１２…樹脂接着剤
１３…封止材
１４…第１の保護部材
１５…第２の保護部材
２０…光電変換部
２０ａ…光電変換部の受光面
２１…電極
２２…フィンガー電極
２３…バスバー
３０…樹脂シート
【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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