(57)【要約】【課題】導電性接着剤を用いてアルミニウム裏面電極に直接配線材を接合し、銀パッドや開口部の無い低コストで高効率な太陽電池モジュールを実現する。【解決手段】プロセス室７に収納された結晶シリコン基板を基材としてなる太陽電池セル１０のアルミニウム裏面電極１３の表面に導電性接着剤９と裏面配線材８１を配置し、プロセス室７内を排気して減圧状態にし、硬化前の導電性接着剤９をアルミニウム裏面電極１３に深く浸透させることにより、低い接触抵抗で、機械的に強固な裏面配線材８１の接合を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ型シリコン基板を基材としてなる太陽電池セルの裏面に設けられたアルミニウム裏面電極に導電性接着剤を用いて配線材を接続する工程を有する太陽電池モジュールの製造方法であって、上記アルミニウム裏面電極に上記導電性接着剤が接触した後、上記導電性接着剤の硬化前に、少なくとも上記アルミニウム裏面電極と上記導電性接着剤が接触した部分を大気圧よりも低い圧力に減圧する工程を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
上記減圧する工程の圧力は、０．９気圧以下であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項１の太陽電池モジュールの製造方法を実施するための太陽電池セルの配線装置であって、太陽電池セルを収納するプロセス室と、上記プロセス室内の空気を排気して減圧する減圧ラインと、上記配線材を上記アルミニウム裏面電極に押し付けるプレス機構を有する太陽電池セルの配線装置。
【請求項４】
上記プレス機構は、上記プロセス室の外側と上記プロセス室の内側の圧力差により変形するダイヤフラムシートからなることを特徴とする請求項３の太陽電池セルの配線装置。
【請求項５】
上記配線材の上記アルミニウム裏面電極に接する部分が、厚さ５〜１００μｍの銅箔、またはアルミニウム箔からなることを特徴とする請求項１〜請求項２の太陽電池モジュールの製造方法により製造され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、複数の太陽電池セルの電極が配線材によって接続されてなる太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に、太陽電池モジュールは、Ｐ型結晶シリコン基板を基材として作成された太陽電池セルを複数接続して作成される。この太陽電池セルの接続には、半田被覆された銅リボンからなる配線材が用いられ、配線材は、その一端側を一の太陽電池セルの受光面電極に接続され、他端側を隣接する太陽電池セルの裏面電極に接続する事により、複数の太陽電池セルが直列に接続されている。【０００３】  Ｐ型結晶シリコン基板を基材として作成される太陽電池セルは、一般に裏面にアルミニウムを主成分とする金属ペーストを印刷後、乾燥、焼成することで形成される多孔質なアルミニウム裏面電極（以下、Ａｌ電極という）を有する。銀ペーストをスクリーン印刷後焼成して形成される受光面電極には、そのバスバー部に配線材が半田付けされる。一方、アルミペーストを印刷後焼成して形成されるＡｌ電極には、直接半田付けすることが出来ないため、Ａｌ電極の開口部に形成された銀パッドに配線材が接続される。【０００４】  近年、半田を使わない、比較的低い温度での接続が可能な導電性接着フィルムや導電性接着剤を用いて配線材を接続するいくつかの方法が学会などで紹介されている。この場合でも、裏面側は、銀パッドや、酸化された表面を部分的に除去したＡｌ電極などが用いられている。しかしながら、これらの方法は、工程数が多くなる問題や導電性接着フィルムのコスト等の問題があり、一般的な太陽電池モジュールの製造では、実用化されていない（技術文献１）。【０００５】  さらに、導電性接着フィルムを用いた方法では、コスト低減のため銀パッドを有さず、Ａｌ電極に開口部を形成し、開口部の露出したシリコン基板表面とＡｌ電極表面とを同時に接続する方法が紹介されている（特許文献１）。【０００６】  ここで、太陽電池セルの裏面側に上記銀パッド部や開口部が必要であるのは、Ａｌ電極表面が酸化されたアルミニウムの微粒子等で覆われた多孔質な構造であるため、Ａｌ電極に直接接続しただけでは、機械的な接着強度や電気的接続に問題が生じるからである。【０００７】  上記のような従来の太陽電池モジュール及びその製造方法にあっては、裏面においても高価な銀ペーストを使用することで製造コストが高額となる。さらには、Ａｌ電極に開口部が必要であるため、太陽電池の高効率化に寄与しているＡｌ電極の面積が減少して太陽電池モジュールの特性が低下する問題がある。【０００８】  また、Ａｌ電極の開口部に形成された銀パッドの形状によって、温度サイクル信頼性試験の結果、セル割れが発生する研究報告がされているが、Ａｌ電極と銀パッドとの間の機械的ストレスが問題と考えられ、銀パッドを用いない接続方法が信頼性の観点からも求められている（技術文献２）。【０００９】  さらに、近年、Ａｌ電極にも直接接続できるとする導電性接着剤が報告されたが、銀を２０重量パーセント以上含有したものであり、コスト低減には十分ではなく、市場には普及していない（技術文献３）。
【先行技術文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−０１９０７８
【技術文献１】
２７ｔｈ  ＥＵ  ＰＶＳＥＣ  Ｐ３３５〜Ｐ３３９、ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＧＬＵＩＮＧ  ＡＳ  ＩＮＴＥＲＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＴＯＷＡＲＤＳ  ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬＳ  ＷＩＴＨＯＵＴ  ＦＲＯＮＴ  ＢＵＳＢＡＲＳ  ＡＮＤ  ＲＥＡＲ  ＰＡＤＳ
【技術文献２】
２９ｔｈ  ＥＵ  ＰＶＳＥＣ  Ｐ２５６２〜Ｐ２５６５、ＴＨＥ  ＩＮＦＬＵＥＮＣＥ  ＯＦ  ＣＥＬＬ  ＢＵＳＢＡＲＥ  ＰＡＴＴＥＲＮ  ＯＮ  ＰＶ  ＭＯＤＵＬＥ  ＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ
【技術文献３】
３１ｓｔ  ＥＵ  ＰＶＳＥＣ  Ｐ６５６〜Ｐ６５８、ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＡＤＨＥＳＩＶＥＳ  ＦＯＲ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ（ＰＶ）ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  本発明は、Ｐ型結晶シリコン基板を基材とする太陽電池セル裏面のＡｌ電極に、銀パッドや開口部を介さず、銀などの高価な金属を使用しない導電性接着剤で直接配線材を接続し、良好な機械的強度と良好な接触抵抗を実現しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、Ａｌ電極と配線材を、導電性接着剤を用いて、大気圧に比べて減圧状態で接続する工程を有する。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、導電性接着剤が多孔質なＡｌ電極に深く浸透しＡｌ電極と配線材が接続されるため、強い機械的接続強度と良好な電気的接続を実現することができる。また、配線材と導電性接着剤との接続も減圧中で行うことにより改善されるが、減圧状態で配線材表面に吸着した水分や酸素が除去されるためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの製造方法の実施様態を示す模式的断面図
【図２】本発明の太陽電池モジュールの製造方法を利用して配線材が接続された太陽電池セルの模式的断面図
【図３】本発明の太陽電池モジュールの製造方法を利用して製造されたストリングスの模式的斜視図
【図４】本発明の太陽電池モジュールの製造方法を利用して製造された太陽電池モジュールの模式的断面図
【図５】本発明の太陽電池モジュールの製造方法で配線されたストリングスを裏面から見た模式的平面図
【図６】本発明の太陽電池モジュールの製造方法で配線されたストリングスを受光面から見た模式的平面図
【図７】従来の製造方法で配線されたストリングスを裏面から見た模式的平面図
【図８】従来の製造方法で配線されたストリングスを受光面から見た模式的平面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】  以下、本発明の太陽電池モジュールの製造方法とそれによって製造された太陽電池モジュールについて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】  図１は、本発明太陽電池モジュールの製造方法の実施様態の一例を示す模式的断面図であり、太陽電池セル配線装置１により、Ａｌ電極１３と、金属箔からなる裏面配線材８１が、導電性接着材９により接続される工程を示す。
【００１７】  太陽電池セル配線装置１は、ステンレスなどからなるフレーム２の上面に耐熱性シリコンゴムなどからなるダイヤフラムシート３が取り付けられている。温度調節機能つきのホットプレート５とダイヤフラムシート３に挟まれたプロセス室７の減圧状態を維持するため、フレーム２の下面には、オーリング４が設置されている。さらに、フレーム２の一端には、プロセス室から排気するための減圧ライン６が取り付けられ、プロセス室７の圧力をコントロールできる構造となっている。
【００１８】  図１に示す接続工程では、太陽電池セル１０は、Ａｌ電極１３の面がダイヤフラムシート３と接する向きに配置され、プロセス室７を大気圧の０．９倍〜０．０１倍の減圧状態に調整しつつ減圧ライン６により排気が行われる。この減圧状態は、多孔質なＡｌ電極１３の内部にある空気や水分を除去し、硬化前の導電性接着剤９の浸透を促進し、強固な機械的接続と良好な電気的接続を実現する。この時、ダイヤフラムシート３は、プロセス室７と大気との圧力差によって変形し、裏面配線材８１をプレスし、接着をより強固なものとしている。
【００１９】  図２は、本発明の太陽電池モジュールの製造方法を用いて裏面配線材８１が接続された後、受光面電極バスバー部１１に半田被覆された銅線からなる受光面配線材８２が接続された太陽電池セル１０の模式的断面図である。
【００２０】  さらに、図３は、裏面配線材８１と受光面配線材８２の接続後の太陽電池セル１０を複数直列に接続したストリングス２０の模式的斜視図である。隣り合う太陽電池セル１０の一方の受光面配線材８２と他方の裏面配線材８１を接続することで直列に接続され、ストリングス２０が作成される。
【００２１】  図４は、ストリングス２０を単数または複数接続して作成された本発明の太陽電池モジュール３０の模式的断面図である。単数または複数のストリングス２０は、受光面側に設けられたカバーガラス３１と裏面側に設けられたバックシート３２の間にエチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＡ）などの透明な封止材３３にてラミネートされ、さらに周囲にアルミニウムなどの枠３４が取り付けられている。また、単数または複数のストリングス２０が発電した電力を外部に取り出すための取り出し配線８３が配置される。
【実施例１】
【００２２】  本発明の実施例１の太陽電池モジュールの製造方法を工程順に説明する。最初の第１工程は、エポキシ樹脂と硬化剤と導電性フィラーを混合して導電性接着剤９を製作する。第２の工程は、寸法が１５．６ｃｍ  ×  １５．６ｃｍ、厚さ約２００μｍの太陽電池セル１０のＡｌ電極１３の必要な位置に導電性接着剤９を塗布し、その上に裏面配線材８１を押し着けて仮付けする。第３の工程は、図１のように、太陽電池セル１０を減圧状態でプレスして裏面配線材８１を接合する。【００２３】  実施例１は、裏面配線材８１は、幅１０ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍ、長さ１５１ｍｍの銅箔を使用した。導電性接着剤９は、２液混合タイプのエポキシ系接着剤（主剤；エポキシ樹脂、硬化剤；変性アミン）に、粒径１〜２０μｍのニッケルパウダーを全体の５０〜９０重量％となるように混合して作成した。導電性接着剤９は、２０〜４０μｍの厚さとなるように塗布し、裏面配線材８１を所定の位置に軽く押し当てて仮づけした。その後、太陽電池セル１０は、プロセス室７内に収納され、プロセス室７の圧力０．２気圧、ホットプレート５の設定温度１００℃、プロセス時間５分の条件で処理した。次に、プロセス室７は、大気圧に戻され、太陽電池セル１０は、プロセス室７の外に取り出され、室温に戻した。導電性接着剤９は、その後も硬化し続けるため、室温で１０時間放置した。【００２４】  その後、受光面電極バスバー部１１に半田被覆された１．５ｍｍ幅、１５０μｍ厚さの銅線からなる受光面配線材８２が被覆された半田により接続され、さらに、隣り合うセル１０の一方の受光面配線材８２と他方の裏面配線材８１が半田付けされ、ストリングス２０が形成される。【００２５】  図５は、実施例１の太陽電池モジュール内のストリングス２０の接続を示す裏面から見た模式的平面図である。【００２６】  図６は、実施例１の太陽電池モジュール内のストリングス２０のを受光面から見た模式的平面図である。４本の１．６ｍｍ幅の受光面電極バスバー部１１と約９０μｍ幅の受光面電極フィンガー部９０本が形成されている。受光面電極バスバー部１１には、幅１．５ｍｍ、厚さ１５０μｍ、長さ１５５ｍｍの半田被覆された銅線からなる受光面配線材８２が半田付けされ、隣接する太陽電池セル１０の裏面配線材８１と、２つの太陽電池セル１０の間で、半田により接続されている。【００２７】  その後、図４のように、４枚の太陽電池セル１０を直列に接続したストリングス２０を受光面側に設けられたカバーガラス３１と裏面側に設けられたバックシート３２の間にエチレンビニルアルコール樹脂（ＥＶＡ）からなる透明な封止材３３にてラミネートし、さらに周囲にアルミニウムからなる枠３４と取り出し配線８３を取り付け太陽電池モジュール３０が完成した。【００２８】  実施例２、実施例３および比較例１の太陽電池モジュールの製造方法は、裏面配線材８１接続時のプロセス圧力を、それぞれ０．４気圧、０．８気圧、大気圧（１．０気圧）の条件で、裏面配線材８１を接続し、その他の工程は、実施例１と同じ方法で太陽電池モジュール３０を作成した。【００２９】  比較例２は、従来技術の太陽電池モジュールの製造方法である。図７及び図８は、それぞれ、比較例２の従来方��で作成されたストリングス２０を裏面から見た模式的平面図と受光面から見た模式的平面図である。配線材８０は、裏面側と受光面側の区別がなく、幅１．５ｍｍ、厚さ１５０μｍ、長さ３００ｍｍの半田被覆された銅線からなる。配線材８０は、被覆された半田により、その一端側を一の太陽電池セル１０の受光面電極バスバー部１１に接続し、他端側を隣接する太陽電池セル１０の裏面の銀パッド１５に接続し、ストリングス２０を作成した。【００３０】
【表１】
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【００３１】  表１は、実施例１〜３、比較例１及び比較例２の方法で作成された１５６ｍｍ角太陽電池セル４枚で構成される太陽電池モジュールの裏面の配線材の接触抵抗と、擬似太陽光１０００Ｗ／平方メートルを照射して測定した出力を示したものである。【００３２】  表１のように、実施例１〜３のプロセス室圧力が減圧状態で裏面を接続した場合は、モジュール出力が従来技術の比較例２に比べ同等かそれ以上の出力が得られている。一方、プロセス室を減圧せずに裏面配線材を接続した比較例１は、接触抵抗が著しく高く、低いモジュール特性を示した。【００３３】  なお、実施例３において、接触抵抗が比較例２より高いにもかかわらず、モジュール出力が高いのは、裏面に銀パッドが無い分、シリコン基板の裏面側にＰ＋層を形成してセルの高効率化に寄与するＡｌ電極の面積が増大したことによる効果である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、Ａｌ電極に直接配線材を接合できるので、低コストで太陽電池モジュールを製造できるだけでなく、新しいデザインの高効率な太陽電池モジュールの量産の可能が広がる。また、減圧状態で金属間の電気的接合を行う方法は、安価な導電性フィラーでも接触抵抗の低減が可能で、他産業の分野でも広く応用することが可能と考えられる。
【符号の説明】
【００３５】１  太陽電池セル配線装置、２  フレーム、３  ダイヤフラムシート、４  オーリング、５  ホットプレート、６  減圧ライン、７  プロセス室、８０  配線材、８１  裏面配線材、８２  受光面配線材、８３  取り出し配線、９  導電性接着剤、１０  太陽電池セル、１１  受光面電極バスバー部、１２  受光面電極フィンガー部、１３  アルミニウム裏面電極（Ａｌ電極）、１４  シリコン基板、１５  銀パッド、２０  ストリングス、３０  太陽電池モジュール、３１  カバーガラス、３２  バックシート、３３  封止材、３４  枠
【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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