(57)【要約】【課題】受光面側に電極がなく、貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成された太陽電池セルにおいても、太陽電池装置を組み立てる際の太陽電池セルの破損を抑えることができ、また耐環境性の高い太陽電池装置を得ること。【解決手段】受光面とその裏面を貫く貫通孔が複数形成されたｐ型の半導体の受光面、貫通孔内壁および裏面の貫通孔周辺をｎ型にするとともに、その裏面にｐ型部分と接続される正電極と、ｎ型部分と接続される負電極と、を形成した太陽電池セルと、太陽電池セルの電極形成位置に対応して形成された配線パターンを有する基板と、を備える。【選択図】        図４
2007019334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面とその裏面を貫く貫通孔が複数形成されたｐ型の半導体の受光面、前記貫通孔内壁および裏面の前記貫通孔周辺をｎ型にするとともに、その裏面に前記ｐ型部分と接続される正電極と、前記ｎ型部分と接続される負電極と、を形成した太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの電極形成位置に対応して形成された配線パターンを有する基板と、
を備えることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項２】
前記基板は、前記太陽電池セルの外形と同じかまたはそれよりも大きいサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池装置。
【請求項３】
前記基板の配線パターンは、前記太陽電池セルのすべての前記正電極同士および前記負電極同士を結び、それぞれの電極を集線する集線部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池装置。
【請求項４】
前記基板は、前記配線パターンを一方の面のみに形成した片面基板であり、前記配線パターンの集線部は、前記片面基板の周縁部に形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池装置。
【請求項５】
前記基板は、矩形状を有し、対向する一対の辺の中央付近に凸部を有し、２枚の前記基板を前記凸部を有する辺同士を隣接して配置したときに、前記凸部同士が衝突しないように、前記基板の対向する一対の辺上に前記凸部が形成され、
前記配線パターンの集線部は、前記凸部上に形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池装置。
【請求項６】
前記基板は、矩形状を有し、矩形状の一辺の両端部に凸部を有し、
前記配線パターンの集線部は、前記凸部上に形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池装置。
【請求項７】
前記基板は、前記太陽電池セルの電極形成位置に対応して設けられたスルーホールを有し、前記太陽電池セルの載置面でない裏面に前記配線パターンを形成した両面基板であり、前記配線パターンの集線部は、前記両面基板の裏面の周縁部に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池装置。
【請求項８】
前記太陽電池装置を複数直列に配置し、隣接する太陽電池装置の異なる極性の電極の配線パターンの集線部同士をリード線で接合することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つに記載の太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受光面側に電極がなく、貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成された太陽電池セルを利用した太陽電池装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池装置では、太陽電池セルと電子部品を伴うプリント基板とを組み立てる際のリード配線性の改善や、機器全体をよりコンパクトにするために、ガラス基板を伴うアモルファス太陽電池セルおよびシリコン系太陽電池セルなどの一般的な太陽電池セルの裏面側にプリント基板を接合している（たとえば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】実開平１−１７６９５７号公報
【特許文献２】実開昭６２−１２４８６６号公報
【特許文献３】特開平９−２９３８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の太陽電池装置では、現在住宅用および業務用などで主流となっているサブストレート方式の太陽光発電パネルを構成するために複数の太陽電池セルを直列化する際のリード配線性、および太陽光発電パネルで特有な温度サイクル負荷によるリード線の断線対策を考慮していないという問題点があった。
【０００５】
また、受光面積を最大限確保するために、受光面側に電極がなく、受光面と裏面を貫く貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成され、かつ貫通孔の存在により比較的強度の弱い特殊な太陽電池セルが提案されている（たとえば、特許文献３参照）が、このような太陽電池セルに対しては、太陽電池装置を組み立てる際の破損対策が不十分であるという問題点もあった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、受光面側に電極がなく、貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成された太陽電池セルにおいても、太陽電池装置を組み立てる際の太陽電池セルの破損を抑えることができる太陽電池装置を得ることを目的とする。また、比較的強度の弱い特殊な太陽電池セルを用いた場合でも、強度を上げることができる太陽電池装置を得ることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかる太陽電池装置は、受光面とその裏面を貫く貫通孔が複数形成されたｐ型の半導体の受光面、前記貫通孔内壁および裏面の前記貫通孔周辺をｎ型にするとともに、その裏面に前記ｐ型部分と接続される正電極と、前記ｎ型部分と接続される負電極と、を形成した太陽電池セルと、前記太陽電池セルの電極形成位置に対応して形成された配線パターンを有する基板と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、太陽電池セルの裏面側の電極位置に予め合わせた配線パターンを持つ基板を使用することで、太陽電池セルの裏面側に、正電極同士や、負電極同士を繋げる電極パターンを設けることが不要となり、太陽電池セルの製造プロセスの簡略化や、電極材料の使用量を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる太陽電池装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明にかかる太陽電池装置の太陽電池セルの受光面側の構造を示す平面図であり、図２は、図１の太陽電池セルの構造を示す下面図であり、図３は、太陽電池セルと接合される片面プリント基板の構造を示す平面図であり、図４は、太陽電池装置を複数直列に接合した状態を受光面側から見た平面図であり、図５は、従来の太陽電池装置における複数の太陽電池セルを直列に接合した場合の断面図である。
【００１１】
この太陽電池装置に使用される太陽電池セル２は、受光面側には、光閉じ込めのためのテクスチャ構造が形成される。また、図１に示されるように、表面から裏面に貫通する貫通孔１が所定の配列パターンにしたがって形成される。受光面側には、電極は形成されておらず、貫通孔１のみが形成されている。この太陽電池セル２がたとえばｐ型の多結晶シリコンで構成される場合には、リンなどのドナーの拡散によってテクスチャ表面、貫通孔１内壁および裏面の貫通孔１周辺部にｎ型層が形成される。また、図２に示されるように、太陽電池セル２の裏面側には、受光面側から貫通される貫通孔１の周囲に形成される負電極３と、貫通孔１の配列パターンにしたがって貫通孔１と貫通孔１との間に形成される正電極４と、が形成されている。
【００１２】
片面プリント基板６は、図３に示されるように、矩形状の構造を有し、太陽電池セル２の裏面側と接合される側には、太陽電池セル２の裏面側の電極３，４の形成位置に合わせた配線パターン５を有する。また、他の片面プリント基板６と直列に接続するための凸部７ａ，７ｂが、対向する一対の辺上に形成される。この図３の例では、この凸部７ａ，７ｂの形成位置は、対向する一対の辺上の対向する位置に形成されるのではなく、他の片面プリント基板６の凸部７ａ，７ｂを隣接させるように配置したときに、凸部７ａ，７ｂ同士が同じ位置に来ないように形成されている。この凸部７ａ，７ｂには、太陽電池セル２の負電極３と正電極４の出力がそれぞれ集められた集線部５ａを有する配線パターン５が施されている。たとえば、一方の凸部７ａには、太陽電池セル２の負電極３の出力が集められ、他方の凸部７ｂには、その正電極４の出力が集められる。この片面プリント基板６の材質としては、ガラスエポキシや、紙フェノールなどを挙げることができる。また、太陽電池セル２との接合に導電性接着剤を用いる場合は片面プリント基板６に特別なコーティングを必要としないが、はんだ接合をする場合は、配線パターン５の面にプリフラックスを施したものや、配線パターン５をはんだコートした片面プリント基板６を用いることが望ましい。なお、片面プリント基板６の大きさは、両側の凸部７ａ，７ｂを除き、太陽電池セル２の外形と同じか、太陽電池セル２の幅、長さに対し０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度大きいものとする。なお、この片面プリント基板６は、特許請求の範囲における基板に対応している。
【００１３】
太陽電池装置８は、太陽電池セル２の裏面側を、片面プリント基板６の配線パターン５が形成された面と対向させて、導電性接着剤やはんだなどを用いて両者を接着することによって製造される。また、このような太陽電池装置８を、片面プリント基板６に形成された凸部７ａと、他の太陽電池装置８の凸部７ｂとを向き合わせて電気的に接続させることで、図４に示されるように、複数直列に接続した太陽電池装置８を得ることができる。具体的には、ある太陽電池装置８の一方の極性の電極の凸部７ｂ上に形成された配線パターン５の集線部と、隣接する太陽電池装置８の他方の極性の電極の凸部７ａ上に形成された配線パターン５の集線部とをリード線９により直列接合して、直列接続された太陽電池装置８が得られる。
【００１４】
この実施の形態１によれば、まず太陽電池セル２の裏面側の電極３，４の形成位置に予め合わせた配線パターン５を持つ片面プリント基板６を使用することで、太陽電池セル２の裏面側に、正電極４同士や、負電極３同士を繋げる電極パターンを設けることが不要となり、太陽電池セル２の製造プロセスの簡略化や、電極材料の使用量を削減することができるという効果を有する。
【００１５】
また、従来のシリコン系太陽電池セルを用いた太陽電池装置は、太陽電池セルの受光面側と裏面側のそれぞれに電極を有している。そのため、図５に示されるように、太陽電池装置を複数直列に接続する場合には、ある太陽電池セル１１０の受光面側の電極（図示せず）と接続されたリード線１１１を、隣接する太陽電池セル１１０の裏面側の電極（図示せず）と接続させる。太陽電池装置の発電効率を確保するためには、一般的に太陽電池セル１１０は狭い間隙で隣接させる必要があるので、リード線１１１は隣接する太陽電池セル１１０同士の間で、太陽電池セル１１０の概ね厚み分の段差１１２を成形するのが普通である。しかし、温度サイクル試験を実施すると、このリード線１１１の段差１１２に形成される屈曲部が破断し、発電出力が出なくなる不具合が少なからず発生する場合があった。
【００１６】
これに対して、この実施の形態１の太陽電池装置８では、片面プリント基板６によって太陽電池装置８の正極と負極が共に受光面側に配されており、隣接する太陽電池装置８の正極と負極間を接続する場合に、片面プリント基板６の凸部７に形成された配線パターン５の集線部５ａの間をリード線９がストレートの状態で接続することができる。その結果、温度サイクル負荷におけるリード線９の破断の問題を払拭することができ、耐環境性の高い太陽電池装置８を得ることができるという効果を有する。
【００１７】
さらに、一般的な太陽電池装置の構成では、太陽電池セルの裏面側に熱可塑性樹脂（図示せず）と背面保護シート（図示せず）が存在するが、図５に示したように、太陽電池セル１１０の裏面側にリード線１１１が接合されていると、リード線１１１の厚み、切断時のカエリ、およびはんだ接合の場合のはんだトゲなどによって、背面保護シート側の絶縁距離が不十分となって、市場で絶縁不良が発生することがあった。
【００１８】
これに対して、この実施の形態１の太陽電池装置８では、片面プリント基板６によって太陽電池装置８の正極と負極が共に受光面側の面に配されているので、この太陽電池装置８を直列に接続する構成では、隣接する太陽電池装置８の電極間を接続するリード線９は、受光面側の保護ガラス（図示せず）側となり、上記のような絶縁不良問題が発生しないという効果を有する。
【００１９】
さらにまた、太陽電池装置８の製造工程中には、熱可塑性樹脂を架橋させるための熱プレス工程が存在するが、貫通孔１の存在により非常に強度の弱い特殊な太陽電池セル２であっても、太陽電池セル２の裏面側に、太陽電池セル２の外形と同じか、または太陽電池セル２の幅、長さに対し０．１〜５ｍｍ程度大きくした片面プリント基板６を接合するようにしたので、プレス圧が直接太陽電池セル２にかからなくすることができる。その結果、太陽電池セル２の破損を抑制することができるという効果を有する。
【００２０】
実施の形態２．
実施の形態１では、太陽電池装置８同士をリード線９で接合させるための凸部７ａ，７ｂを片面プリント基板６の一対の対向する辺の中央部付近に設ける場合を示したが、この実施の形態２では、凸部の形成位置を変えた場合について説明する。
【００２１】
図６は、片面プリント基板の実施の形態２の構造を示す平面図であり、図７は、片面プリント基板を接合した太陽電池セルを複数直列に接合した状態を受光面側から見た平面図である。なお、太陽電池セル２は、実施の形態１の図１と図２に示されるものと同じ構造であるものとする。この片面プリント基板１２は、矩形状を有し、そのうちの一辺上の両端部に凸部１３ａ，１３ｂを設けるようにしている。そして、それぞれの凸部１３ａ，１３ｂに、太陽電池セルの負電極３、正電極４に接続されるように形成された配線パターン１４を集線する集線部１４ａが形成される。このような構造とすることによって、実施の形態１の場合に比して片面プリント基板１２を製造する際の材料歩留りを向上させることができ、コストダウンに繋げることができる。なお、この片面プリント基板１２は、特許請求の範囲における基板に対応している。
【００２２】
図６に示される片面プリント基板１２に、実施の形態１で説明した太陽電池セル２を接合し、複数直列に接続した状態の太陽電池装置１５を受光面側から見た平面図が図７に示されている。この図７に示されるように、片面プリント基板１２の凸部１３が互いに隣接するようにそれぞれの太陽電池装置１５を配置し、ある太陽電池装置１５の一方の極性の電極の凸部１３ａの配線パターン１４の集線部１４ａと、隣の太陽電池装置１５の他方の極性の電極の凸部１３ｂの配線パターン１４の集線部１４ａとをリード線１６により直列接合する。このとき、ある太陽電池装置１５の凸部１３ａ，１３ｂは、隣接する他の太陽電池装置１５の凸部１３ａ，１３ｂと接触して配置されるために、実施の形態１の場合に比して、太陽電池装置１５の直列接合後の組み立て長さ、およびリード線１６の使用長さを短くすることができる。
【００２３】
この実施の形態２によれば、矩形状を有する片面プリント基板１２の一辺の両端部に凸部１３ａ，１３ｂを設けるようにしたので、太陽電池装置１５を直列につなげる際に、太陽電池装置１５間の距離を短くして配置することができ、さらに、凸部１３ａ，１３ｂの配線パターン１４の集線部１４ａの間を結ぶリード線１６を実施の形態１の場合に比して短くすることができるという効果を有する。また、片面プリント基板１２は、矩形状を有し、凸部１３ａ，１３ｂがその一辺の両端部に設けられる構造となっているので、材料歩留りを向上させることができるという効果も有する。
【００２４】
実施の形態３．
この実施の形態３では、太陽電池セルと接続するプリント基板として、両面に配線パターンが形成された両面プリント基板を用いる場合を説明する。図８は、両面プリント基板の太陽電池セルの受光面側から見た平面図であり、図９は、図８の両面プリント基板の下面図であり、図１０は、両面プリント基板に太陽電池セルを接合した太陽電池装置を直列に複数接続した場合の受光面側から見た平面図であり、図１１は、図１０の太陽電池装置の下面図である。なお、この実施の形態３でも、太陽電池セル２は実施の形態１の図１と図２と同様の構造を有するものとする。
【００２５】
両面プリント基板１８は、太陽電池セル２の裏面側に形成される正電極４と負電極３と同じ位置またはそれらの近辺の位置に形成されたスルーホール１９を有する。このスルーホール１９の内壁には、両面プリント基板１８の表裏面に形成された配線パターン１７，２０を導通させるための導電性材料が形成されている。また、図８に示されるように、両面プリント基板１８の受光面側には、同一列に形成された正電極４に接続されるスルーホール１９同士または負電極３に接続されるスルーホール１９同士を導通させるための配線パターン１７が形成される。この配線パターン１７を設けることで、スルーホール１９の位置と太陽電池セル２の正電極４と負電極３の位置とが接合時にずれてしまったときでも、両者の間で導通をとることが可能になる。なお、この配線パターン１７は、スルーホール１９が、太陽電池セル２の正電極４と負電極３に対して同位置に形成され、導通抵抗上の問題がなければ、設けなくても良い。
【００２６】
一方、図９に示されるように、両面プリント基板１８の裏面側には、太陽電池セル２の正電極４と接続されるスルーホール１９同士を接続し、また太陽電池セル２の負電極３と接続されるスルーホール１９同士を接続し、両面プリント基板１８上のスルーホール１９が形成されていない周縁部に集線する集線部２０ａを有する配線パターン２０が設けられる。両面プリント基板１８の裏面の周縁部に形成される集線部２０ａは、両面プリント基板１８が矩形状を有する場合には、対向する一対の辺上に形成される。たとえば、図９の両面プリント基板１８において、左側の周縁部には、正電極４に接続されるスルーホール１９同士を接続する配線の集線部２０ａが形成され、右側の周縁部には、負電極３に接続されるスルーホール１９同士を接続する配線の集線部２０ａが形成される。
【００２７】
このような両面プリント基板１８の受光面側に、太陽電池セル２の裏面側が対向するように、そして両面プリント基板１８のスルーホール１９の位置に太陽電池セル２の正電極と負電極の位置を合わせて両者を導電性接着剤やはんだなどを用いて接合し、従来公知の方法によって太陽電池装置が作製される。なお、この両面プリント基板１８は、特許請求の範囲における基板に対応している。
【００２８】
このように作製した太陽電池装置２１の集線部２０ａが他の太陽電池装置２１の集線部２０ａと隣接するように、具体的には、ある太陽電池装置２１の正極の配線パターン２０に接続される集線部２０ａに他の太陽電池装置２１の負極の配線パターン２０に接続される集線部２０ａが隣接するように、配置し、隣接する両面プリント基板１８の裏面側の集線部２０ａ同士をリード線２２によって接合することで、図１０〜図１１に示される直列に接合した太陽電池装置を得ることができる。
【００２９】
この実施の形態３によれば、両面プリント基板１８では、裏面側の配線パターン２０の上で、太陽電池装置２１同士をリード線２２により直列接合できるので、実施の形態１，２のような凸部７，１３が不要となり、さらに両面プリント基板１８が矩形状を有するので、プリント基板の材料歩留りを実施の形態２の場合に比してさらに向上させることができる。また、太陽電池装置２１同士の直列接合を隙間なく行なうことができるので、太陽電池装置（太陽光発電パネル）の発電効率を飛躍的に上げることが可能となる。さらに、リード線２２が受光面側から見えないので、太陽光発電パネルの外観性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、この発明にかかる太陽電池装置は、受光面側に電極がなく、貫通孔により正極と負極の全ての電極が裏面側に形成された太陽電池セルを利用した太陽電池装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明による太陽電池装置の太陽電池セルの受光面側の構造を示す平面図である。
【図２】図１の太陽電池セルの構造を示す下面図である。
【図３】太陽電池セルと接合される片面プリント基板の構造を示す平面図である。
【図４】片面プリント基板を接合した太陽電池セルを複数直列に接合した状態を受光面側から見た平面図である。
【図５】従来の太陽電池装置における複数の太陽電池セルを直列に接合した場合の断面図である。
【図６】片面プリント基板の実施の形態２の構造を示す平面図である。
【図７】片面プリント基板を接合した太陽電池セルを複数直列に接合した状態を受光面側から見た平面図である。
【図８】両面プリント基板の太陽電池セルの受光面側から見た平面図である。
【図９】図８の両面プリント基板の下面図である。
【図１０】両面プリント基板に太陽電池セルを接合した太陽電池装置を直列に複数接続した場合の受光面側から見た平面図である。
【図１１】図１０の太陽電池装置の下面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  貫通孔
２，１１０  太陽電池セル
３  負電極
４  正電極
５，１４，１７，２０  配線パターン
６，１２  片面プリント基板
８，１５，２１  太陽電池装置
９，１６，２２，１１１  リード線
１８  両面プリント基板
【図１】
2007019334.tif 000003
【図２】
2007019334.tif 000004
【図３】
2007019334.tif 000005
【図４】
2007019334.tif 000006
【図５】
2007019334.tif 000007
【図６】
2007019334.tif 000008
【図７】
2007019334.tif 000009
【図８】
2007019334.tif 000010
【図９】
2007019334.tif 000011
【図１０】
2007019334.tif 000012
【図１１】
2007019334.tif 000013