(57)【要約】【課題】  太陽電池セル面積の増大にともなって発生する抵抗損失の増大と、その対向策であるバスバー部のタブを厚くすることによって発生する太陽電池セルの反り、セル割れ、或いは電極剥がれなどの問題を解消した太陽電池装置を提供することを目的とする。【解決手段】  複数の太陽電池セル１を２層以上に積層されたタブで電気的且つ機械的に接続された太陽電池装置において、太陽電池セル１のバスバー２１，２２と接する第１のタブ４１，４２を第１の接着剤３１，３２で接合し、その上に重ねて第２のタブ７２を第１の接着剤３１，３２より接着加工温度の低い第２の接着剤６１，６２で接合する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルを２層以上に積層されたタブで電気的且つ機械的に接続された太陽電池装置において、前記太陽電池セルの集電極と接する第１のタブを第１の接着剤で接合し、その上に重ねて第２のタブを第１の接着剤より接着加工温度の低い第２の接着剤で接合したことを特徴とする太陽電池装置。
【請求項２】
前記第１のタブは前記第２のタブよりも厚みが薄いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池装置に関し、特に、複数の太陽電池セルがタブによって接続された太陽電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できることから新しいエネルギー源として期待されている。
【０００３】
斯かる太陽電池を家屋或いはビル等の電源として用いるにあたっては、太陽電池１枚当たりの出力が精々数Ｗ程度と小さいことから、通常複数の太陽電池を電気的に直列或いは並列に接続することで出力を数１００Ｗにまで高めた太陽電池モジュールとして使用される。
【０００４】
図４及び図５は斯かる従来の太陽電池モジュールの一部分を示すもので、図４は平面図、図５は図４のＢ−Ｂ’線断面図である。これら太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セル１００が互いに銅箔等の導電材よりなるタブ１０２により電気的に接続され、そしてガラス、透光性プラスチックのような透光性を有する表面部材と、アルミニウム箔サンドイッチ型フッ化ビニルフィルムからなる裏面部材との間に、ＥＶＡ等の透光性を有する封止材により封止されている。
【０００５】
これら通常の太陽電池モジュールに使用される太陽電池セル１００は、例えば、ｐ型の導電性を有する単結晶シリコン１１１の表面には約５μｍ程度の深さにまでｎ層１１２が、ｎ型不純物を熱拡散させることにより形成されており、このｎ層１１２上に櫛型状の集電極１１３が形成されている。また、基板１１１の裏面には前記集電極１１３と対をなす裏面電極１１４が形成されている。
【０００６】
また、集電極１１３は、光の入射により基板１１１内で生成された電子・正孔の光生成キャリアを収集するためのフィンガー部１１３Ａと、フィンガー部１１３Ａにより収集されたキャリアを集電するためのバスバー部１１３Ｂとから構成されている。また、裏面側も同様に、フィンガー部、バスバー部が形成されている。
【０００７】
ここで、集電極１１３は太陽電池セルに入射する光を遮り、太陽電池セルの有効面積を減少させる一因となることから、その面積はできるだけ小さくすることが望ましい。このため、通常は、フィンガー部１１３Ａの幅は、約１００μｍ程度とされ、そして各フィンガー部１１３Ａ間の間隔は約２ｍｍ程度とされている。また、バスバー部１１３Ｂは、各フィンガー部１１３Ａにより収集されたキャリアを集電することから抵抗成分をある程度減少させることが必要であり、このため幅は約１．５ｍｍ程度とフィンガー部１１３Ａよりも幅広に設定されている。そして、これらフィンガー部１１３Ａ及びバスバー部１１３Ｂを有する集電極１１３は、スクリーン印刷法により厚み約４０μｍ程度に形成される。
【０００８】
そして、図に示すように、隣接する太陽電池セル１００、１００は、一方の太陽電池セル１００の集電極１１３におけるバスバー部１１３Ｂと、他方の太陽電池１００の裏面電極１１４とがタブ１０２により接続されることで、互いに電気的に接続されている。
【０００９】
複数の太陽電池セル１００を接続するためのタブ１０２は、例えば銅箔などからなり、一方端がバスバー１１３Ｂ上の略全長にわたって配設され、接着剤として、例えばＳｎＰｂ共晶ハンダを用いて表面集電極１１３のバスバー部１１３Ｂに接続され、他方端がタブ１０２を介して隣接太陽電池セルの裏面集電極１１４のバスバー部に、接着剤として、例えばＳｎＰｂ共晶ハンダを用いて接続される。
【００１０】
ところで、地球環境にやさしくクリーンなエネルギーとして期待される太陽電池の普及に官民を上げた取り組みが日本のみならず全世界的に熱心に行われている。普及の促進には、従来の火力、水力、原子力などに匹敵する発電コストで太陽電池装置を供給することが不可欠である。低コストな太陽電池装置とするため太陽電池セル面積を大きく且つ薄くすることが検討されている。しかし、太陽電池セル面積を大きくすると、太陽電池セル１枚あたりの発生電流が増加し、また表面集電極のバスバー部が長くなり、抵抗損失が増大して変換効率が低下するという問題があった。
【００１１】
電気通路の低抵抗化を図り、変換効率の低下を防止するためには、表面集電極部分のタブや裏面集電極部分のタブの断面積を増加させればよい。しかし、表面集電極部分のタブは、受光面積を減少させないようにするために、幅を拡げずにその厚みを厚くして断面積を増加することが好ましい。
【００１２】
しかしながら、タブを厚くすると、ホットエアーや赤外線ランプで加熱して太陽電池セル上のバスバーに溶着して複数の太陽電池セルを接続する際に例えば銅箔であるタブとシリコン単結晶基板で構成される太陽電池セルとの線膨張係数の違いによる反り応力が発生し、太陽電池のセル割れや電極剥がれなどが発生する。特に太陽電池セルの厚さが薄くなるとこの問題が顕著になり製造歩留りが低下するという問題があった。
【００１３】
そこで、太陽電池セル面積の増大に伴って発生する直列抵抗の増大と、その対抗策であるバスバー部の銅箔を厚くすることによって発生する太陽電池セル割れの問題を解消すると共に、作業性の問題を解消した太陽電池装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案されている太陽電池装置は、透光性パネルの裏面側に受光面側電極と反受光面側電極とを有する複数の太陽電池セルをインナーリードで接続した太陽電池装置において、前記太陽電池素子の受光面側と反受光面側に接続したインナーリード同士を接続するものである。
【００１４】
この方法によれば、受光面側および反受光面側電極に別々のインナーリードを接続し、後からこれらインナーリード同士を接続することによって、インナーリードの熱膨張および収縮によって太陽電池セルに加わる圧縮応力が、１枚の太陽電池セルの分だけになり、隣同士の太陽電池セルが引っ張り合うことがなくなり、太陽電池セル割れを解消するものである。
【特許文献１】特開２００２−３５９３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記したものでは、１枚の太陽電池セルに加わる圧縮応力を１枚の太陽電池セル分だけにして、セル割れを解消するものであり、受光面側のインナーリードを厚くした場合には、基板を薄くすると、１枚分の応力でも基板の反りによるセル割れが発生する虞がある。このため、基板を薄くする場合には、インナーリードはあまり厚くすることができず、抵抗損失の低減には限度があった。
【００１６】
この発明はこのような従来装置の問題点に鑑みてなされたもので、太陽電池セル面積の増大にともなって発生する抵抗損失の増大と、その対向策であるバスバー部のタブを厚くすることによって発生する太陽電池セルの反り、セル割れ、或いは電極剥がれなどの問題を解消した太陽電池装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は、複数の太陽電池セルを２層以上に積層されたタブで電気的且つ機械的に接続された太陽電池装置において、前記太陽電池セルの集電極と接する第１のタブを第１の接着剤で接合し、その上に重ねて第２のタブを第１の接着剤より接着加工温度の低い第２の接着剤で接合したことを特徴とする。
【００１８】
前記第１のタブは前記第２のタブよりも厚みが薄い方が好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記したこの発明によれば、第２の接着剤として、前記第１の接着剤よりも接着加工温度が低いものを用いたことにより、第２のタブを接着する時の加熱温度を第１のタブを接着するときの加熱温度より低い温度で接着できることから第１の接着剤が再び溶解することなく接着を完了できる。このため、加熱−冷却による反り応力発生は第１のタブ、第２のタブと凡そ分けての作用と見ることができ、積層した厚いタブを薄いタブとして扱うことができるため、セルの反りをより小さくすることができる。
【００２０】
更に、第１のタブは前記第２のタブよりも厚みを薄くすることで、太陽電池セルの反りをより有効に小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１はこの発明の第１の実施形態の太陽電池装置を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【００２２】
この発明の太陽電池セル１は、厚み０．２ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなど結晶系太陽電池セルからなり、１辺が１２５ｍｍのほぼ正方形形状である。この太陽電池セル１内には、ｎ型領域とｐ型領域があり、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分で半導体接合部が形成されている。太陽電池セル１としては、この他に単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造、いわゆるＨＩＴ構造の太陽電池セルなどもこの発明は適用できる。
【００２３】
太陽電池セル１のｎ型領域の表面部分には、表面集電極５１が形成されている。この表面集電極５１は、後述する第１タブ４１を接続するためのバスバー２１と、このバスバー部２１と交差し、分岐して形成されたフィンガー部１１とから成る。バスバー２１は太陽電池セルの略全長にわたって２本平行に形成されており、フィンガー部１１はバスバー２１に交差して多数本が太陽電池セルの略全域にわたって形成されている。
【００２４】
バスバー２１は、例えば１．５ｍｍ程度の幅に形成され、フィンガー部１１は、例えば０．１ｍｍ程度の幅に５０本程度形成される。このような表面集電極５１は、例えば、銀粉末、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及び溶剤などから成るペーストをスクリーン印刷して数１００度の温度で硬化させて形成されている。
【００２５】
太陽電池セル１の裏面側にも同様に裏面集電極が設けられている。この裏面集電極も、タブ４２を接続するためのバスバー２２とこのバスバーと交差し、分岐して多数本形成されるフィンガー部（図示せず）とからなる。バスバー２２は太陽電池セル１の略全長にわたって２本平行に形成されており、フィンガー部はバスバー部に交差して多数本が太陽電池セルの略全域にわたって形成されている。バスバー部は例えば３ｍｍ程度の幅に形成され、フィンガー部は例えば０．１ｍｍ程度の幅に１００本程度形成される。
【００２６】
太陽電池セル１の裏面側は、受光面積の減少を考慮しなくてもよいことから、表面集電極５１のバスバー部よりも幅広に形成でき、裏面集電極側での抵抗損失を低減できる。このような裏面集電極は、例えば銀粉末、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及び溶剤などから成るペーストをスクリーン印刷して数１００度の温度で硬化させて形成する。
【００２７】
続いて、表面側の集電極５１及び裏面側の集電極上のそれぞれのバスバー２１、２２に第１のタブ４１、４２が接着される。表面集電極５１上のバスバー２１には、第１のタブ４１が裏面集電極上のバスバー２２には第１のタブ４２が第１の接着剤３１、３２を用いて接着されている。これらのタブ４１、４２の接続は、接着剤３１、３２として、例えば、Ｓｎ−３．５Ａｇ共晶ハンダを用いる。Ｓｎ−３．５Ａｇ共晶ハンダの溶融温度は２２１℃である。また、タブ４１、４２の厚みは、太陽電池セル１の基板の厚み以下であることが好ましく、この実施形態では、幅１．５ｍｍ、厚み０．１５ｍｍの銅箔を用いている。これらタブ４１、４２には、銅箔の表面にＳｎ−３．５Ａｇの共晶ハンダがコーティングされている。実際には銅箔の表裏面に共晶ハンダがコーティングされるが、図２では、便宜上バスバー２１、２２と対向する面にだけ、共晶ハンダからなる第１の接着剤３１、３２を記載している。もちろんタブ４１、４２の表裏に第１の接着剤を設けていても同様の効果が得られる。
【００２８】
このタブ４１、４２のバスバー２１、２２へのそれぞれの接続は、ホットエアーや赤外線ランプで２４０℃に加熱して、タブ４１、４２の表面にコーティングされたハンダをハンダの溶融温度以上に加熱することにより、バスバー２１、２２にタブ４１、４２を半田付けすることによって行なわれる。
【００２９】
続いて、表裏の第１のタブ４１、４２上の概全面に重ねて、第１の接着剤３１、３２より接着温度の低い第２の接着剤６１、６２を用いて、第２のタブ１７２を接着して、複数の太陽電池セル１を電気的且つ機械的に結合させる。表面集電極５１の第１のタブ４１上には第２タブ７１が、裏面集電極の第１タブ４２上には第２タブ７２が、第２の接着剤６１、６２としての例えばＳｎ−３８．１Ｐｂ共晶ハンダを用いて概全長に渡って接着されている。Ｓｎ−３８．１Ｐｂ共晶ハンダの溶融温度は、１８３℃である。
【００３０】
第２タブ７１は、隣接太陽電池セル１との間隙部で折り曲げフォーミングされて、隣接する太陽電池セル１の裏面集電極の第１のタブ４２上に接着されて電気的且つ機械的に太陽電池セルの結合が形成される。このタブ７１のタブ４１、４２へのそれぞれの接続は、ホットエアーや赤外線ランプで２００℃に加熱して、タブ７１の表面にコーティングされたハンダをハンダの溶融温度以上に加熱することにより、タブ４１、４２にタブ７１を半田付けすることによって行なわれる。
【００３１】
また、タブ４１、４２と同様に、タブ７１、７２には、銅箔の表面にＳｎ−３８．１Ｐｂ共晶がコーティングされている。実際には銅箔の表裏面に共晶ハンダがコーティングされるが、図２では、便宜上タブ４１、４２と対向する面にだけ、共晶ハンダからなる第２の接着剤６１、６２を記載している。もちろんタブ７１、７２の表裏に第２の接着剤を設けていても同様の効果が得られる。
【００３２】
上記したタブ７１、７２の厚みは、この実施形態では幅１．５ｍｍ、厚み０．１５ｍｍの銅箔を用いたが、更に厚い、例えば０．２５ｍｍタブを用いることもできる。
【００３３】
上記したように、第２の接着剤６１、６２は第１の接着剤３１、３２よりも接着加工温度が低いものを用いた。このため、第２のタブ７１、７２を接着する時の加熱温度を第１のタブ４１、４２を接着するときの加熱温度より低い温度で接着できる。このことから第１の接着剤３１、３２が再び溶解することなく接着を完了できる。このため、加熱−冷却による反り応力発生は第１のタブ４１、４２、第２のタブ７１、７２と凡そ分けての作用と見ることができ、積層した厚いタブを薄いタブとして扱うことができるため、太陽電池セルの反りをより小さくすることができる。
【００３４】
第１のタブ４１、４２は、第２のタブ７１、７２よりも厚みを薄くすることで、太陽電池セル１の反りをより有効に小さくすることができる。反り応力は太陽電池セル１を構成する例えばシリコン単結晶とタブを構成する銅箔の線膨張係数には約４倍差があり、この違いが主因となって太陽電池セルの反りが発生する。この反り応力は加熱する温度が高くなるに従い更に大きな反り応力となることは必然である。また、この反り応力は太陽電池セルを中心として表裏に配したタブが対象である時の応力が最も小さくなる。更には用いられるタブよりも太陽電池セルのほうが厚い時には太陽電池セルの剛性がその剛性と対抗したタブが縮む力に比べ相対的に大きくなるため反りが発生しにくい。
【００３５】
上記した太陽電池モジュールによれば、表面集電極５１のバスバー２１のほぼ全長に符合する第１のタブ４１を接合して設け、この第１タブ４１の概全長に重ねて複数の太陽電池セル１を接続する第２のタブ７１を接続したことから、電極部分の断面積の増加によって、抵抗損失が減少することから、Ｆ．Ｆが向上し、出力特性が向上する。表１はタブ厚みを１５０μｍから３００μｍと厚くした時の太陽電池装置モジュールの全抵抗損失である。本モジュール構成において１．４Ｗの特性向上が図られている。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
上記した第１の接着剤３１、３２、第２の接着剤６１、６２を例えば、ハンダで構成する場合には、第１の接着剤３１、３２として用いるハンダの溶融温度が第２の接着剤６１、６２として用いるハンダの溶融温度より高くなるように、ハンダの種類を組み合わせればよい。
【００３８】
表２に代表的なハンダの溶融温度を示す。
【００３９】
【表２】
2005252062.tif 000004
【００４０】
表２に示すハンダより、適宜溶融温度の違うハンダを選び、溶融温度の高いハンダを第１の接着剤３１、３２として用い、低い溶融温度のハンダを第２の接着剤６１、６２として用いればよい。
【００４１】
また、上記した第１、第２の接着剤としては、ハンダ以外に、銀、金、銅などの低抵抗金属フィラーを樹脂材中に混ぜ込んだ導電性接着剤を用いることができる。導電性接着剤としての導電ペーストは、一般的に硬化剤をどのように配合するかによって温度と硬化時間は任意に決定できる。例えば、ダイマット社製の導電性接着剤を用いる場合には、表３に示すようなものがあり、これらの導電性ペーストから適宜硬化温度の違う導電性ペーストを選び、効果温度の高い導電ペースト第１の接着剤３１、３２として用い、低い硬化温度の導電ペーストを第２の接着剤６１、６２として用いればよい。
【００４２】
【表３】
2005252062.tif 000005
【００４３】
また、導電ペーストとハンダとの組み合わせを選ぶこともできる。
【００４４】
次に、この発明の第２の実施形態を図３に従い説明する。図３に示す実施形態においては、第１の接着剤３１a、３２aは、バスバー上部のタブ長の全域ではなく、島状に複数に分割されて第１のタブ４１、４２と接続した点が第１の実施形態と相違する。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付し、説明を割愛する。
【００４５】
島状に分割された複数の接着部を得る手段として、この実施形態においては、表裏のバスバー並びに集電極を形成した後、圧縮空気でシリンジから液体の定量押し出しを行うディスペンサー装置を用いて、ＳｎＡｇＣｕクリームハンダを径０．４φｍｍ、長さほぼ４ｍｍの大きさでバスバー上にほぼ５ｍｍ間隔で形成した上で第１の実施形態と同様に、第１のタブ４１、４２を２４０℃で加熱融合させた。
【００４６】
この第２の実施形態では、ディスペンサー装置を用いて島状に複数場所接合する場合につき説明したが、島状の接着剤の形成は、クリーム状ハンダ、金属フィラーと熱硬化型樹脂バインダとを組み合わせた導電性ペーストなどをバスバー上に所望の寸法で塗り重ねることでも行える。
【００４７】
また、図３とは、形態が異なるが、島状の複数場所接合による反り応力軽減の効果をほぼ同様に得られる手法として、第１の実施形態における加熱の方法を変更することにより実現できる。第１の実施形態では、バスパー全域を加熱してバスパー全域に銅箔からなるタブを接合したが、太陽電池セル全長に亘って、廃した第１の接着剤を例えば、加熱手段の赤外光をレンズで集光し、数１００℃の高温を得るようにした装置、或いはレーザ光線などを用いて局所的にスポット加熱して溶着することにより、島状の複数場所による接合を得ることもできる。
【００４８】
また、この第２の実施形態では、第１のタブを島状の複数場所接合としたが、第２のタブを島状の複数場所接合、或いは、第１、第２のタブとも島状の複数場所接合にするように構成することもできる。
【００４９】
第２の実施形態による効果につき説明する。反り応力発生メカニズムについて、シリコン単結晶と銅箔からなるタブとの線膨張係数の違いに起因し、その大きさは厚みと長さに左右される太陽電池セルの剛性との相対バランスによることを説明した。第２の実施形態の島状の複数場所接合においても太陽電池セル全長に相対するタブ全長の伸縮量の差という観点において、反り応力は変わりない。しかし、銅箔がシリコン単結晶と接合されていないところでは、銅箔の縮もうとする力はシリコン単結晶と無関係に銅箔に内包し、安定することになる。シリコン単結晶においても同様である。このように考えると、冷却時に発生する反りの応力は接合部から接合部までを１つの単位とした複数単位の合和と考えられる。１つの単位における反りの応力は相対する太陽電池セルの剛性に比べて十分に小さく、全体として反りが発生しにくいと考えられる。しかしながら、島状の複数場所接合は、機械的強度、集電した電流パスの低抵抗化に反する方向にあり、反りの歩留まり低下とのバランスを考慮し、合計した接合部がセル全長のほぼ半分程度が得られる５ｍｍピッチにした。
【００５０】
また、島状の複数場所接合を局所加熱で得る方法も前記の効果は同様であるが、局所加熱であるため、反りと応力と太陽電池セル剛性とのバランスはより一層大きくなって反りが発生しにくくなる。
【００５１】
尚、上記した各実施形態においては、タブの材料を銅箔として説明を行ったが、タブの材料としては電気抵抗が小さいものであれば良く、他に鉄、ニッケル、銀あるいはこれらを混合したものであってもこの発明は同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の第１の実施形態の太陽電池装置を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態の太陽電池装置を示す断面図である。
【図４】従来の太陽電池装置を示す平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ’線断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  太陽電池セル
１１  フィンガー部
２１  バスバー
２２  バスバー
３１，３２  第１の接着剤
４１，４２  第１のタブ
６１，６２  第２の接着剤
７１，７２  第２のタブ
【図１】
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【図２】
2005252062.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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