(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を機械的および電気的に接続する太陽電池の接続方法であって、
上部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１上部端子および第２上部端子と、下部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１下部端子および第２下部端子と、を少なくとも含む接続金具を用い、
前記第１上部端子と前記第１下部端子との間に第１太陽電池を挟み込むとともに前記第２上部端子と前記第２下部端子との間に前記第１太陽電池とは別の第２太陽電池を挟み込むことによって前記第１太陽電池と前記第２太陽電池とを機械的に接続し、
前記第１上部端子を前記第１太陽電池の受光面側の電極に接触させるとともに前記第２下部端子を前記第２太陽電池の裏面側の電極に接触させ、前記第１上部端子と前記第２下部端子とを電気的に接続することによって前記第１太陽電池と前記第２太陽電池とを電気的に接続することを特徴とする、太陽電池の接続方法。
【請求項２】
前記第１下部端子を前記第１太陽電池と電気的に絶縁し、前記第２上部端子を前記第２太陽電池と電気的に絶縁することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の接続方法。
【請求項３】
受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を機械的および電気的に接続する太陽電池の接続方法であって、
上部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１上部端子および第２上部端子と、下部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１下部端子および第２下部端子と、を少なくとも含む接続金具を用い、
前記第１上部端子と前記第１下部端子との間に第１太陽電池を挟み込むとともに前記第２上部端子と前記第２下部端子との間に前記第１太陽電池とは別の第２太陽電池を挟み込むことによって前記第１太陽電池と前記第２太陽電池とを機械的に接続し、
前記第１上部端子を前記第１太陽電池の受光面側の電極に接触させるとともに前記第２上部端子を前記第２太陽電池の受光面側の電極に接触させ、前記第１下部端子を前記第１太陽電池の裏面側の電極に接触させるとともに前記第２下部端子を前記第２太陽電池の裏面側の電極に接触させることによって、前記第１太陽電池と前記第２太陽電池とを電気的に接続することを特徴とする、太陽電池の接続方法。
【請求項４】
前記第１上部端子および前記第２上部端子をそれぞれ、前記第１下部端子および前記第２下部端子の双方と絶縁することを特徴とする、請求項３に記載の太陽電池の接続方法。
【請求項５】
前記第１太陽電池および前記第２太陽電池をそれぞれ脱着可能に機械的に接続することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の太陽電池の接続方法。
【請求項６】
前記第１太陽電池は前記第１上部端子および前記第１下部端子の弾性力によって固定され、前記第２太陽電池は前記第２上部端子および前記第２下部端子の弾性力によって固定されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の太陽電池の接続方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の太陽電池の接続方法に用いられる太陽電池の接続金具であって、受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を機械的および電気的に接続するのに用いられる太陽電池の接続金具であって、上部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１上部端子および第２上部端子と、下部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１下部端子および第２下部端子と、を少なくとも含む、太陽電池の接続金具。
【請求項８】
請求項７に記載の太陽電池の接続金具によって、複数の太陽電池が直列または並列に接続されて形成された、太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記太陽電池の裏面側の電極は、銀を含まないことを特徴とする、請求項８に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の接続方法および接続金具ならびに太陽電池モジュールに関するものであり、特に、光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池の接続方法および接続金具ならびにその接続金具により太陽電池が接続されて形成された太陽電池モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、市販されている従来の電力用シリコン太陽電池の一例を示す斜視図である。
【０００３】
図６を参照して、この太陽電池においては、シリコン基板１の受光面側に、図示されていないがＰＮ接合が形成され、さらにその表面には、受光面電極９が形成されている。受光面電極９は、主電極７とサブ電極８とから構成されている。
【０００４】
図７は、図６に示す太陽電池の裏面を示す平面図である。
図７を参照して、この太陽電池においては、シリコン基板１の裏面に、裏面電極６が形成されている。裏面電極６は、アルミペースト電極４と、その上に形成された配線用電極５とから構成され、配線用電極５は、モジュールを作製する際に太陽電池素子間を接続するために用いられる。受光面電極９と裏面電極６の配線用電極５とは、金ペーストのスクリーン印刷法で形成され、その上にはディップ法により半田が被覆されている。
【０００５】
このように受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した太陽電池素子を複数枚直列に接続するためには、たとえばＮ／Ｐ型素子の場合、表面のＮ型層に接する受光面電極９と、裏面のＰ型層に接する裏面電極６の配線用電極５とを、導体で接続しなければならない。
【０００６】
図８は、従来の太陽電池の接続方法の一例を示す部分断面図である。
図８を参照して、従来、太陽電池の接続を行なうためには、半田コーティングを施した銅板をインタコネクタ１０として用い、これを階段状に折り曲げて、その一端を受光面電極９に、他端を裏面側電極６の配線用電極５へ半田付けにより接続させる方法が採用されている。
【０００７】
また、従来の太陽電池の接続においては、半田付けによる直列配線を行なった後、複数枚の太陽電池素子からなるセルストリングス（セル列）を形成し、このセルストリングスを数本並べて直列または並列に接続後、モジュール化される。現在は、低価格で信頼性が高い点で、このスーパーストレート型モジュールが主流である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方法により太陽電池を接続するためには、太陽電池素子の受光面電極と、裏面電極の配線用電極とには、半田が被覆されているか、または半田被覆されていない場合には、無洗浄タイプのフラックスを用いて半田付けをする必要があった。
【０００９】
また、インタコネクタの半田付け工程は、太陽電池素子の受光面電極を隣の太陽電池素子の裏面電極に接続するものである。そのため、工程が煩雑であり、太陽電池素子とインタコネクタの位置合わせ、配列操作等、非常に手間のかかる工程であるため、大量生産には適さず、手作業に頼っている部分も多く、人件費が高くつくという問題があった。
【００１０】
さらに、従来の接続方法では、１つの太陽電池素子の表面から他の太陽電池素子の裏面にインタコネクタを回すために、太陽電池素子間に３〜４ｍｍの間隔を設ける必要があり、モジュールのパッキングファクタ（モジュール面積に対する全太陽電池素子面積）を高めることができない一因となっており、ガラス、樹脂、アルミ枠等のモジュール材料の削減を妨げていた。これらは、従来の太陽電池モジュール作製工程のコスト高の一因となっていた。
【００１１】
また、上述した従来のスーパーストレート型モジュールにおいては、太陽電池素子は、ガラス板に貼付けられた構造である。このガラス板に対して、透明な接着樹脂を用いてセルストリングスを貼付ける。この透明な接着樹脂には、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）等が用いられる。しかしながら、樹脂による封止の前にセルストリングスあるいは、セルストリングスが接続された段階で太陽電池素子に割れ、欠け等による不具合が発見された場合には、現状ではそのたびに半田付けを外し、太陽電池素子を交換し、再び半田付けをして配線し直さなければならず、手間がかかって面倒であった。また、この業務は習熟しない者にとっては非常に困難であるため、低コスト化を図る上での１つの障害ともなっていた。
【００１２】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、簡単な方法で太陽電池を接続することができ、かつ、半田を用いない接続方法および接続金具ならびに太陽電池モジュールを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による太陽電池の接続方法は、受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を電気的に接続する太陽電池の接続方法であって、導電性金属よりなる接続金具により複数の太陽電池を電気的に接続するとともに、機械的にも接続するものである。
【００１４】
すなわち、本発明の１の局面による太陽電池の接続方法は、受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を機械的および電気的に接続する太陽電池の接続方法であって、上部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１上部端子および第２上部端子と、下部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１下部端子および第２下部端子と、を少なくとも含む接続金具を用い、第１上部端子と第１下部端子との間に第１太陽電池を挟み込むとともに第２上部端子と第２下部端子との間に第１太陽電池とは別の第２太陽電池を挟み込むことによって第１太陽電池と第２太陽電池とを機械的に接続し、第１上部端子を第１太陽電池の受光面側の電極に接触させるとともに第２下部端子を第２太陽電池の裏面側の電極に接触させ、第１上部端子と第２下部端子とを電気的に接続することによって第１太陽電池と第２太陽電池とを電気的に接続することを特徴とする。ここで、本発明の１の局面による太陽電池の接続方法においては、第１下部端子を第１太陽電池と電気的に絶縁し、第２上部端子を第２太陽電池と電気的に絶縁することができる。また、本発明の他の局面による太陽電池の接続方法は、受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を機械的および電気的に接続する太陽電池の接続方法であって、上部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１上部端子および第２上部端子と、下部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１下部端子および第２下部端子と、を少なくとも含む接続金具を用い、第１上部端子と第１下部端子との間に第１太陽電池を挟み込むとともに第２上部端子と第２下部端子との間に第１太陽電池とは別の第２太陽電池を挟み込むことによって第１太陽電池と第２太陽電池とを機械的に接続し、第１上部端子を第１太陽電池の受光面側の電極に接触させるとともに第２上部端子を第２太陽電池の受光面側の電極に接触させ、第１下部端子を第１太陽電池の裏面側の電極に接触させるとともに第２下部端子を第２太陽電池の裏面側の電極に接触させることによって、第１太陽電池と第２太陽電池とを電気的に接続することを特徴とする。ここで、本発明の他の局面による太陽電池の接続方法においては、第１上部端子および第２上部端子をそれぞれ、第１下部端子および第２下部端子の双方と絶縁することができる。また、本発明の１の局面による太陽電池の接続方法および本発明の他の局面による太陽電池の接続方法においては、第１太陽電池および第２太陽電池をそれぞれ脱着可能に機械的に接続することができる。また、本発明の１の局面による太陽電池の接続方法および本発明の他の局面による太陽電池の接続方法においては、第１太陽電池は第１上部端子および第１下部端子の弾性力によって固定され、第２太陽電池は第２上部端子および第２下部端子の弾性力によって固定されることができる。
【００１５】
この発明による太陽電池の接続金具は、受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を電気的に接続する太陽電池の接続金具であって、複数の太陽電池に同時に脱着可能に取付けられることを特徴としている。
【００１６】
すなわち、本発明の太陽電池の接続金具は、上記のいずれかに記載の太陽電池の接続方法に用いられ、受光面側および裏面側にそれぞれ相異なる極性の電極を形成した複数の太陽電池を機械的および電気的に接続するのに用いられる太陽電池の接続金具であって、上部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１上部端子および第２上部端子と、下部に設けられた導電性金属の板バネからなる第１下部端子および第２下部端子と、を少なくとも含む、太陽電池の接続金具である。
【００１８】
本発明による太陽電池モジュールは、上述した太陽電池の接続金具によって、複数の太陽電池が直列または並列に接続されて形成されている。
【００１９】
好ましくは、太陽電池の裏面側の電極は、銀を含まないことを特徴とするとよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に用いられる太陽電池素子を得るための製造方法の各工程を示す断面図である。
【００２２】
まず、図１（ａ）に示すように、大きさ１００ｍｍ角のＰ型単結晶シリコン基板１を準備する。この基板１を、不純物源としてのＰＯＣｌ3の雰囲気内で、８５０℃、２０分間の拡散を行なう。続いて、常圧ＣＶＤ法により、反射防止膜となるＴｉＯ2膜３を表面に堆積する。
【００２３】
このようにして、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１の全面に、Ｎ+拡散層２およびＴｉＯ2膜３が形成される。
【００２４】
次に、受光面をレジスト等でマスクし、図１（ｃ）に示すように、受光面のみにＮ+拡散層２およびＴｉＯ2膜３を残すように、不要なＮ+拡散層２およびＴｉＯ2膜３を酸等でエッチング除去後、レジストを有機溶剤等で除去する。
【００２５】
次に、図１（ｄ）に示すように、裏面にアルミペーストにより裏面電極６を、受光面に銀ペーストを印刷、焼成することにより、受光面電極９を形成する。なお、この太陽電池素子においては、裏面の配線用電極は形成していない。また、受光面電極９には、半田コーティングは施していない。
【００２６】
このようにして得られる本発明によるコネクタ方式の接続に用いられる太陽電池素子は、図６および図７に示す従来の太陽電池素子と同様であるが、裏面電極はアルミペースト電極のみによって構成されている。
【００２７】
図２は、本発明による太陽電池の接続金具の一例としてのコネクタの形状を示す図であり、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は断面図である。
【００２８】
このコネクタ１１は、リン青銅の板ばねから形成され、半田コーティングされている。また、コネクタ１１は、４本の端子を備え、受光面電極９と裏面電極６との短絡を防ぐために、４本のうち２本の端子には絶縁テープ１２が貼付けてある。このような絶縁テープ１２の代わりに、絶縁性樹脂を塗布してもよいことは言うまでもない。
【００２９】
また、このように構成されるコネクタ１１においては、端子は太陽電池の電極の異なる極性に対応する電気回路からなり、これら複数の電気回路は、互いに電気的に接続されていない。
【００３０】
図３は、図２に示すコネクタ１１を用いて太陽電池素子を接続した状態を示す図であり、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は断面図である。
【００３１】
図３を参照して、太陽電池素子を接続する際には、受光面電極９の主電極７とコネクタ１１とが接触するように、太陽電池素子を挟み込むことにより、太陽電池素子同士を機械的に接続する。このとき、上述したように、受光面電極９と裏面電極６とは、絶縁テープ１２により絶縁されているため、隣の太陽電池素子とは直列接続される。
【００３２】
なお、図２に示す絶縁テープ付のコネクタ１１の代わりに、太陽電池素子側のコネクタの接触部分に絶縁テープを貼付けるか、もしくは絶縁性樹脂を塗布し、絶縁を施していないコネクタを使用しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３３】
図４は、上述したコネクタ１１による接続方法により作製した３６直列太陽電池モジュールの構成を概略的に示す平面図である。
【００３４】
図４を参照して、ここでは、直列接続の一例を示している。
一方、図５は、本発明による太陽電池の接続金具の他の例を示す断面図である。
【００３５】
図５を参照して、この接続金具においては、絶縁板１３が用いられている。このような接続金具を用いることにより、並列接続も可能になる。
【００３６】
すなわち、図２または図５に示す太陽電池の接続金具を用いることにより、太陽電池を直列または並列に自由に接続して、太陽電池モジュールを作製することができる。その結果、自由に電圧および電流の設計をすることができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態においては、Ｐ型シリコン基板にＮ型拡散層を形成した太陽電池素子を用いたが、それぞれ反対の導電型にしても同様に接続できることは言うまでもない。
【００３８】
以上説明した本実施の形態による太陽電池の接続方法は、太陽電池素子の受光面電極と、隣り合った太陽電池素子の裏面電極とを接続する際、従来のインタコネクタに代えて、太陽電池素子の脱着が可能な接続金具により接続することを特徴としている。
【００３９】
また、本実施の形態による太陽電池の接続金具は、太陽電池素子の受光面電極と、隣り合った太陽電池素子の裏面電極とを、簡便に機械的に連結させるとともに、電気的に直列接続または並列接続し、かつ、自由に取外しできることを特徴としている。
【００４０】
さらに、本実施の形態による太陽電池モジュールは、上述した接続金具により、複数の太陽電池が直列または並列に接続されて形成されたことを特徴としている。
【００４１】
このような本発明による太陽電池の接続方法および接続金具を用いることにより、太陽電池の受光面および裏面の電極に半田コーティングが不要となり、裏面の配線用電極も不要となる。また、太陽電池素子の直列接続および並列接続が簡単に行なえるため、モジュールプロセスのコストを低減できる上に、パッキングファクタの高いモジュールを作製可能となり、モジュールの低コスト化を図ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、太陽電池素子の受光面および裏面の電極に半田コーティングが不要となり、裏面の配線用電極も不要となる。また、太陽電池素子の接続を簡単に行なうことができ、モジュールのパッキングファクタを高めることができる。その結果、ガラス、樹脂等のモジュール材料を削減することができるという、極めて大きな経済的効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に用いられる太陽電池素子を得るための製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】  本発明による太陽電池の接続金具の一例を示す図である。
【図３】  図２に示すコネクタを用いて太陽電池素子を接続した状態を示す図である。
【図４】  本発明による太陽電池の接続方法により作製した３６直列太陽電池モジュールの構成を概略的に示す平面図である。
【図５】  本発明による太陽電池の接続金具の他の例を示す断面図である。
【図６】  従来の電力用シリコン太陽電池の一例を示す斜視図である。
【図７】  図６に示す太陽電池の裏面を示す平面図である。
【図８】  従来の太陽電池の接続方法の一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板、２  Ｎ+拡散層、３  ＴｉＯ2膜、４  アルミペースト電極、５  配線用電極、６  裏面電極、７  主電極、８  サブ電極、９  受光面電極、１０  インタコネクタ、１１  コネクタ、１２  絶縁テープ、１３  絶縁板。
【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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