(57)【要約】  【課題】  風圧や積雪などで太陽電池モジュールが撓んで太陽電池素子が割れた場合でもその出力低下が小さく、またどのような方向からの撓みにも対応可能で、重量の増加も無く、太陽電池素子の充填率が低下することもない太陽電池モジュールを提供することにある。  【解決手段】  太陽電池素子の主面上の外周部分に段差部を設けたことを特徴とする太陽電池素子およびこれを用いた太陽電池モジュール。  【選択図】  図１
2006093480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子の主面上の外周部分に段差部を設けたことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
太陽電池素子の主面上の外周部分に溝部を形成したことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池素子を用いた太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュールに関するものであり、特に太陽電池モジュール内部の太陽電池素子が割れた場合でも、該太陽電池モジュールの電気出力が大きく低下することのない太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合に、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。このため複数の太陽電池素子を接続して透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入して太陽電池モジュールを作製することが通常行われている。
【０００３】
図６は、２つの太陽電池素子を接続タブを用いて直列に接続した状態の一例を示すものである。
【０００４】
図６において、１ａ、１ｂは太陽電池素子、２は接続タブ、３はバスバー電極、４はフィンガー電極を示す。
【０００５】
太陽電池素子１ａ、１ｂは、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶や多結晶のシリコン基板で作られている。太陽電池素子１ａ、１ｂはシリコン基板内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合（不図示）が形成されている。また太陽電池素子１ａ、１ｂの受光面側及び裏面側には、銀ペーストをスクリーンプリント法などによりバスバー電極とフィンガー電極がそれぞれ形成され、またこれらの電極表面は、その保護と接続タブを取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされる。
【０００６】
受光面側のフィンガー電極４は幅０．１〜０．２ｍｍ程度で、太陽電池素子１ａ、１ｂの辺に平行に、光生成キャリヤーを収集するため多数本形成され、また同様のフィンガー電極が裏面側にも形成される。
【０００７】
受光面側バスバー電極３は収集されたキャリヤーを集電し、接続タブを取り付けるために幅１〜２ｍｍ程度で、フィンガー電極４と垂直に交わるように２〜３本程度形成される。
【０００８】
また、太陽電池モジュールにおいては、複数の太陽電池素子１を導電性の接続タブを用いて電気的に接続している。このような接続タブは、通常厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度、幅２〜８ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを所定の長さに切断して用いている。
【０００９】
この太陽電池素子の電極と隣接する太陽電池素子の電極とを接続タブをハンダ付けにより接続する際には、太陽電池素子の電極上に接続タブを配置し、接続タブを太陽電池素子の電極にピンなどで押しつけた状態で熱風やランプよる加熱で両者のハンダを溶融させ、太陽電池素子の電極と接続タブとをハンダ付けしている。
【００１０】
太陽電池モジュールでは、上述のように電気的に接続した太陽電池素子を透光性基板と裏面シートとの間で充填材で封止したパネル部を作成し、このパネル部の外周部にモジュール枠を取り付けている。このような太陽電池モジュールを屋外に設置した場合、想定以上の風や積雪等により太陽電池モジュールのパネル部が撓み、その内部の太陽電池素子が割れたり、クラックが入ることがある。
【００１１】
図７は太陽電池モジュール内部の太陽電池素子が、撓みのために割れた状態を示すものである。
【００１２】
図７において、１は太陽電池素子、２は接続タブ、３はバスバー電極、６は割れ部分、７は割れによって生じた小片部分を示す。
【００１３】
上記のようにバスバー電極３の外側に割れ部分６があった場合、割れによって生じた小片部分７は割れ部分６によりバスバー電極３より切り離されたような状態となり、この小片部分７で発生した光電流は、バスバー電極３に至ることがなく、この太陽電池モジュールの外部に取り出されることがない。
【００１４】
もしその内部に数十枚の太陽電池素子を具備した太陽電池モジュールで、ただ１枚でも図７の様な割れ部分６がバスバー電極３の外側に有る割れ方をした太陽電池素子１が有った場合、その太陽電池モジュール全体の光電流は、上記の割れた太陽電池素子１の影響を受け大きく低下し、太陽電池モジュールの発電効率を低下させる。
【００１５】
特に最近の太陽電池モジュールに使用される太陽電池素子１においては、そのコストダウンのために、太陽電池素子１の基板２がより薄くなる傾向にあり、さらに太陽電池素子１の一枚の縦横の寸法も大きくなる傾向があるため、太陽電池モジュールが撓んだ場合、その内部の太陽電池素子が割れたり、クラックが入り易くなっている。
【００１６】
この太陽電池モジュールの撓みの対策として、太陽電池モジュールの受光面側又は裏面側の中央部に補強部材を配置し、太陽電池モジュールのパネル部の強度を増すことにより、撓まないようにすることが考案されている。（特許文献１参照）
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
【特許文献１】特開２００３−３１８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述のように太陽電池モジュールの撓みの対策として、太陽電池モジュールの受光面側又は裏面側の中央部に補強部材を配置し、太陽電池モジュールのパネル部の強度を増すことにより、撓まないようにすることでは、補強材を取り付ける位置によってはその撓みを防ぐことができない場合もある。例えば矩形の太陽電池モジュールの受光面又は裏面の短辺方向に補強材を配置した場合、短辺方向に撓むことは防げても長辺方向に撓むことを防ぐことができない。
【００１８】
また、その太陽電池モジュールの製造工程において、補強材が必要になるとともにその取り付けの工数も必要になり、コストアップに繋がる。さらに補強材のために太陽電池モジュールの重量も増加するため、太陽電池モジュールを設置するための工数が上がり、また設置するための架台なども強固にする必要があり、コストアップに繋がる。
【００１９】
さらに、補強材を受光面側に取り付けた場合、その補強材が光を遮るため補強材の直下には太陽電池素子を配置することができず、太陽電池モジュールの太陽電池素子の充填率が低下し、その発電効率が低下するという問題もあった。
【００２０】
本発明は上記のような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は風圧や積雪などで太陽電池モジュールが撓んで太陽電池素子が割れた場合でもその出力低下が小さく、どのような方向からの撓みにも対応可能で、その重量の増加も無く、太陽電池素子の充填率が低下することもない太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池素子は、太陽電池素子の主面上の外周部分に段差部を設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の他の太陽電池素子は、太陽電池素子の主面上の外周部分に溝部を形成したことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の太陽電池モジュールは、請求項１または２に記載の太陽電池素子を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の太陽電池素子によれば、太陽電池素子の主面上の外周部分に段差部を設けたことにより、太陽電池モジュールを屋外に設置した場合に強風や積雪で撓んでも上記の段差部で割れたりクラックが入ることになり、その太陽電池素子の光電流が大きく低下することが無くなる。これによりこの太陽電池モジュールの発電効率が大きく低下することが無くなる。
【００２５】
また、本発明の他の太陽電池素子によれば、太陽電池素子の主面上の外周部分に溝部を形成したことにより、太陽電池モジュールを屋外に設置した場合に強風や積雪で撓んでも上記の溝部で割れることになり、その太陽電池素子の光電流が大きく低下することが無くなる。これによりこの太陽電池モジュールの発電効率が大きく低下することが無くなる。
【００２６】
さらに、本発明の太陽電池モジュールによれば、請求項１または２に記載の太陽電池素子を用いたことにより、太陽電池モジュールを屋外に設置した場合に強風や積雪で撓んでも上記の段差部または溝部で割れたりクラックが入ることになり、その太陽電池素子の光電流が大きく低下することが無くなる。これによりこの太陽電池モジュールの発電効率が大きく低下することが無くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の太陽電池素子の主面上の外周部に段差部を設けた一実施例を示したもので、図１（ａ）は上記実施例における太陽電池素子の受光面を示すものであり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｃ−ｃ’部の断面を示すものである。
【００２９】
図１（ａ）、（ｂ）において、１１は太陽電池素子、１２はバスバー電極、１３はフィンガー電極、１４は太陽電池素子のコーナー部のシリコン基板の厚みの薄い部分を示す。
【００３０】
太陽電池素子１１は、上述のように例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶や多結晶のシリコン基板で作られている。バスバー電極１２、フィンガー電極１３も上述のように、銀ペーストをスクリーンプリント法などによりそれぞれ形成され、又これらの電極表面は、その保護と接続タブを取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされる。
【００３１】
図２は、図１に示す本発明の実施例におけるシリコン基板の厚みが他の部分の厚みより薄いシリコン基板の作製手順を示したものである。
【００３２】
図２において、１６はシリコン基板、１７は耐酸レジストを示す。
【００３３】
本発明に係る太陽電池素子１１は、図1（ｂ）に示したように、太陽電池素子１１の主面上の外周部分に段差部を設けた一例として、コーナー部１４のシリコン基板の厚みが他の部分のシリコン基板の厚みより薄くしている。
【００３４】
図２（ａ）に示すシリコン基板１６は単結晶シリコン又は多結晶シリコンのインゴットをマルチワイヤーソー等を使用して０．２〜０．４ｍｍ程度の厚みにスライスしたものをさらに水酸化ナトリウムなどでその表面のダメージ層をエッチングにより除去したものである。
【００３５】
次に、上記のシリコン基板１６に図２（ｂ）のようにシリコン基板１６の両面に、コーナー部を残して他の部分にプリントやフォトリソグラフを使用して耐酸レジスト１７を塗布する。この耐酸レジスト１７を塗布したシリコン基板１６を硝酸とフッ酸を混合した液に浸漬する。これにより耐酸レジスト１７が塗布されていないシリコン基板１６のコーナー部が硝酸とフッ酸を混合した液によりエッチングされて、この部分の厚みが薄くなる。
【００３６】
シリコン基板１６のコーナー部の厚みが所定の厚みになったところで、シリコン基板１６を硝酸とフッ酸を混合した液から取り出し、酸を水洗した後、剥離液で耐酸レジストを剥離することにより、図２（ｃ）の様な形状のシリコン基板を作製することができる。
【００３７】
この時、上記の単結晶シリコン又は多結晶シリコンのインゴットをスライスしたものをさらにその表面のダメージ層をエッチングにより除去したシリコン基板１６（太陽電池素子を構成するもの）の厚みは、本発明者らが繰り返し行なった実験結果によると２００〜４００μｍが望ましく、さらにシリコン基板１６の主面上の外周部分に設けた段差部の高さは太陽電池素子の両主面の段差分を合わせると２０μｍ以上にする必要があり、望ましくは５０μｍ以上であるようにしたほうがよい。
【００３８】
例えば、シリコン基板１６の厚みが２００μｍの場合、その主面上の外周部分に設けた段差部を構成するために形成した厚みの薄いコーナー部の厚みは一例として１００μｍ程度とすることができる。
【００３９】
太陽電池素子の主面上の外周部分に設けた段差部の高さは太陽電池素子の両主面の段差分を合わせて２０μｍ未満では、太陽電池モジュールを作製してこれが撓んだときに段差部以外で割れやクラックが多発し、本発明の目的を果たせなくなる。
【００４０】
さらに、太陽電池素子の主面上の外周部分に設けた段差部の高さは太陽電池素子の両主面の段差分を合わせて１００μｍ以上では、段差が大きいため、この部分で電極の線切れなどの問題が生じる場合がある。
【００４１】
また、シリコン基板１６の厚みが２００μｍ未満では、太陽電池素子の主面上の外周部分に段差部を設けるために形成した厚みの薄い部分が薄くなりすぎ、後の太陽電池素子製造工程や太陽電池モジュール製造工程で割れやクラックが入り、歩留りを低下させる場合がある。
【００４２】
また、シリコン基板１６の厚みが４００μｍを超えると、太陽電池素子の使用する原料シリコンが多くなりコストが上がってしまい、望ましくない。
【００４３】
このようなシリコン基板１６をその後、ＰＮ接合や電極の形成、反射防止膜成膜などの通常の太陽電池素子製造工程を通すことにより本発明に係る太陽電池素子を作製することができる。
【００４４】
上記のように、太陽電池素子の主面上の外周部分に段差部を設けたことにより、太陽電池モジュールを屋外に設置した場合に強風や積雪で撓んでも上記段差部で割れたり、クラックが入ることになり、その太陽電池素子の光電流が大きく低下することが無くなる。これによりこの太陽電池モジュールの発電効率が大きく低下することが無くなる。
【００４５】
さらに、図３は本発明の太陽電池素子の主面上の外周部に溝部を設けた一実施例を示したもので、（ａ）は上記実施例における太陽電池素子の受光面を示すものであり、（ｂ）は図３（ａ）のｃ−ｃ’部の断面を示すものである。
【００４６】
図３（ａ）、（ｂ）において、符号１１、１２、１３は図１（ａ）と同様に１１は太陽電池素子、１２はバスバー電極、１３はフィンガー電極を示し、さらに１８は太陽電池素子のコーナー部に設けられた溝部を示す。
【００４７】
太陽電池素子１１の主面上の外周部分に溝部を設けた一実施例である太陽電池素子１１のコーナー部に設けられた溝部１８は、バスバー電極１２に係ることなく、その外側のコーナー部に設けられる。
【００４８】
このような溝部１８は、上述のように耐酸レジストをスクリーンプリントやフォトリソグラフで所定形状に塗布することで作製可能であるが、より簡略な方法としてレーザーを用いることが望ましい。
【００４９】
すなわち、単結晶シリコン又は多結晶シリコンのインゴットをマルチワイヤーソー等を使用してスライスしたものをさらに水酸化ナトリウムなどでその表面のダメージ層エッチングにより除去したシリコン基板に、Ｘ−ＹテーブルやＱスイッチを備えたＹＡＧレーザー装置などを使用して、まず片面の所定の部分にレーザー光を照射し、溝部を形成する。さらに裏返し他の片面にレーザー光を照射し、溝部を形成する。このようにレーザーを用いることにより溝部１８形成の為の工程が大きく簡略化されコストダウンが図れる。
【００５０】
このような溝部１８を形成したシリコン基板をその後、ＰＮ接合や電極の形成、反射防止膜成膜などの通常の太陽電池素子製造工程を通すことにより本発明に係る太陽電池素子を作製することができる。
【００５１】
上記のように太陽電池素子の主面上の外周部分に溝部１８を形成したことにより、太陽電池モジュールを屋外に設置した場合に強風や積雪で撓んでも上記の溝部で割れることになり、その太陽電池素子の光電流が大きく低下することが無くなる。これによりこの太陽電池モジュールの発電効率が大きく低下することが無くなる。
【００５２】
図４は本発明に係る太陽電池素子の別の実施例を示すものである。
【００５３】
図４において、２０は太陽電池素子、２１はバスバー電極、２２はフィンガー電極、２３はシリコン基板の厚みが他の部分のシリコン基板の厚みより薄い部分を示し、２４は溝部を示す。
【００５４】
ＣＺ法などで作製されたシリコン単結晶などの円形や円形の一部にオリエンタルフラットが設けられたような略円形、円形のシリコン基板を半分や四分の一に切断したような扇形などのその外形の少なくとも一部に曲線を含む太陽電池素子においても、図４に示すようにバスバー電極に係らないようにシリコン基板の厚みが他の部分のシリコン基板の厚みより薄い部分２３や溝部２４を設けることにより、太陽電池モジュールが撓んでもシリコン基板の厚みの薄い部分や溝部で割れることになり、その太陽電池素子の光電流が大きく低下することが無くなる。これによりこの太陽電池モジュールの発電効率が大きく低下することが無くなる。
【００５５】
図５は本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネル部の構造の一例を示す図である。
【００５６】
図５において、３１は透光性基板、３２は受光面側封止材、３３は太陽電池素子、３４は裏面側封止材、３５は裏面材、３６は接続タブである。
【００５７】
以下、各部材を述べる。
【００５８】
透光性基板３１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。
【００５９】
ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。
【００６０】
他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。
【００６１】
受光面側封止材３２および裏面側封止材３４は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、エチレン−酢酸ビニル共重合体をＥＶＡと略す）から成り、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。
【００６２】
ＥＶＡは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させてもよい。本発明に係る受光面側封止材３２においては、着色させると太陽電池素子３３に入射する光量が減少し、発電効率が低下する傾向にあり、望ましくは透明材にするとよい。
【００６３】
また、裏面側封止材３４に用いるＥＶＡは透明材により構成するとよいが、その他、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて酸化チタンや顔料等を含有させ、これにより、白色等に着色させてもよい。
【００６４】
太陽電池素子３３は上述のように薄い部分や溝部を設けたものである。また接続タブ３６は、通常厚さ０．１〜１．０ｍｍ程度、幅２〜８ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを所定の長さに切断して用いている。このような接続タブ３６はハンダ付けにより太陽電池素子３３のバスバー電極に取り付けられており、隣接する太陽電池素子３３を電気的に接続している。
【００６５】
裏面材３５は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。
【００６６】
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は次の通りである。
【００６７】
まず以上の透光性基板３１、受光面側封止材３２、接続タブ３６を接続した太陽電池素子３３、裏面側封止材３４、裏面材３５を重畳し、ラミネーターと呼ばれる装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度に加熱しながら加圧することにより一体化する。
【００６８】
このようにして作成された太陽電池パネル部の裏面に、外部回路接続用のケーブルを具備した端子ボックス（不図示）を接着材などで取り付ける。
【００６９】
さらに太陽電池モジュールとしての必要な強度や太陽電池モジュールを建物等に設置に必要なモジュール枠（不図示）を太陽電池パネル部の外周に嵌め込み、そのコーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。
【００７０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子に形成される厚みの薄い部分や溝部は両面でなく受光面側又は裏面側のどちらかでも本発明の目的を達成することは可能である。さらに接続タブや太陽電池素子の電極をコートしているハンダは鉛を含有した共晶ハンダなどの他に鉛フリーのハンダでも応用可能であり、さらに太陽電池素子の電極にハンダコート行わないものでも応用可能である。
【００７１】
例えば、太陽電池素子の受光面の外周部分に段差部や溝部を設けずに、太陽電池素子の裏面だけの外周部分に段差部や溝部を設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の太陽電池素子の主面上の外周部に段差部を設けた一実施例を示したもので、（ａ）は上記実施例における太陽電池素子の受光面を示すものであり、（ｂ）は（ａ）のｃ−ｃ’部の断面を示すものである。
【図２】本発明に係るシリコン基板の一実施例の作製手順を示したものである。
【図３】本発明の太陽電池素子の主面上の外周部に溝部を設けた一実施例を示したもので、（ａ）は上記実施例における太陽電池素子の受光面を示すものであり、（ｂ）は上記実施例における太陽電池素子の断面を示すものである。
【図４】本発明に係る太陽電池素子の別の実施例を示すものである。
【図５】本発明に係る太陽電池パネル部の構造の一例を示す図である。
【図６】２つの太陽電池素子を接続タブを用いて直列に接続した状態の一例を示すものである。
【図７】太陽電池モジュール内部の太陽電池素子が、撓みのために割れた状態を示すものである。
【符号の説明】
【００７３】
１、１ａ、１ｂ、１１、２０；太陽電池素子
２；接続タブ
３、１２、２１；バスバー電極
４、１３、２２；フィンガー電極
６；割れ部分
７；割れによって生じた小片部分
１４、２３；シリコン基板の厚みの薄い部分
１６；シリコン基板
１７；耐酸レジスト
１８、２４；溝部
【図１】
2006093480.tif 000003
【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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