(57)【要約】【課題】高い耐環境性を有するインターコネクタを得る。【解決手段】太陽電池用インターコネクタ１０は、金属繊維を布状に編んだ金属編布１００、または、金属繊維を布状に織った金属織布から形成されている。【選択図】図１
2013161855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属繊維を布状に編んだ金属編布、または、金属繊維を布状に織った金属織布から形成された、太陽電池用インターコネクタ。
【請求項２】
前記金属編布または前記金属織布は、表面に金属被覆が施されている、請求項１に記載の太陽電池用インターコネクタ。
【請求項３】
前記金属編布または前記金属織布から切り出されて形成され、
周端部に位置する前記金属繊維の切断部において、互いに隣接する金属繊維同士が溶着されている、請求項１または２に記載の太陽電池用インターコネクタ
【請求項４】
前記金属繊維が金または銀を含む、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池用インターコネクタ。
【請求項５】
前記金属織布が綾織物である、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池用インターコネクタ。
【請求項６】
前記金属編布がリブ編物である、請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池用インターコネクタ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の太陽電池用インターコネクタと、
電極を有する太陽電池セルと
を備え、
前記太陽電池用インターコネクタが溶接により前記電極に接続された、インターコネクタ付き太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池用インターコネクタおよびインターコネクタ付き太陽電池セルに関し、特に、人工衛星などの宇宙機器に搭載される太陽電池用インターコネクタおよびインターコネクタ付き太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用インターコネクタは、太陽電池の用途に応じて種々の材料で形成されている。住宅用太陽電池システムなどの汎用的な太陽電池セルを接続するインターコネクタには、所定の太さおよび強度を有する銅線に半田被覆した材料が主に用いられている。
【０００３】
人工衛星を代表とする宇宙機器に搭載される太陽電池セルを接続するインターコネクタには、非常に厳しい耐環境性の要求に応えるため、箔状で所定の形状を有して銀などを主成分とする材料が主に用いられている。
【０００４】
宇宙機器に搭載される太陽電池セルを接続するインターコネクタを開示した先行文献として、特開平６−１９６７４４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたインターコネクタにおいては、銀などの耐候性の高い材料を薄い箔状にして用いることでその重量を低減し、かつ、形状を工夫することで熱振動などによるストレスを緩和して、厳しい環境に耐えられる高い信頼性を獲得している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１９６７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、宇宙利用目的の多様化によって人工衛星などの宇宙用機器に要求される性能はさらに厳しくなってきている。それに伴い、宇宙用機器の搭載部品に求められる耐環境性能も同様に厳しくなってきている。
【０００７】
太陽電池セルの電極に接続されたインターコネクタは、太陽電池セルから電力を取り出す配線の役割を担っている。そのため、インターコネクタは、半導体または金属など種類の異なる材料からなる電極間で、環境温度変化のサイクルおよび物理的な振動によるストレスに耐えて、太陽電池セルと太陽電池セルと間、または、太陽電池セルと外部配線との間の電気的な接続を維持できなければならない。
【０００８】
一般的な人工衛星用の太陽電池セルは、インターコネクタなどにより直列に複数接続された後、アルミニウム製の基板上にシリコーン系の樹脂を介して貼り付けられる。太陽電池セルの主材料である半導体と、アルミニウム製の基板またはシリコーン系の樹脂とは、熱膨張係数に差を有するため、環境温度の変化によって太陽電池セル同士の間隔などが変化する。
【０００９】
よって、環境温度変化が繰り返された場合、太陽電池セル間を繋いでいるインターコネクタは、接続している太陽電池セルに引っ張られる形で伸び縮みを繰り返す。環境温度の変化量が大きくなる、または、環境温度変化のサイクル数が多くなるなど環境条件が厳しくなってくると、インターコネクタにかかるストレスが増加する。その結果、接続している太陽電池セルとの接合部などにおける剥離、または、インターコネクタ自身の破損などが生じやすくなる。
【００１０】
このような現象に対して、製造プロセスの面からインターコネクタの耐環境性を向上することは難しい。たとえば、インターコネクタと太陽電池セルとが溶接で接続されている場合、溶接箇所の強度を上げるために溶接プロセスで投入する電力を上げていくと、その大きな電力の制御が難しくなって製造工程の安定性が失われる。そのため、製造プロセスでの改良を、インターコネクタの耐環境性を向上する方法として採用することができなかった。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、高い耐環境性を有する太陽電池用インターコネクタおよびインターコネクタ付き太陽電池セル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】
【００１２】
本発明に基づく太陽電池用インターコネクタは、金属繊維を布状に編んだ金属編布、または、金属繊維を布状に織った金属織布から形成されている。
【００１３】
本発明の一形態においては、金属編布または金属織布は、表面に金属被覆が施されている。
【００１４】
本発明の一形態においては、太陽電池用インターコネクタは、金属編布または金属織布から切り出されて形成されている。周端部に位置する金属繊維の切断部において、互いに隣接する金属繊維同士が溶着されている。
【００１５】
本発明の一形態においては、金属繊維が金または銀を含む。
本発明の一形態においては、金属織布が綾織物である。
【００１６】
本発明の一形態においては、金属編布がリブ編物である。
本発明に基づくインターコネクタ付き太陽電池セルは、上記のいずれかに記載の太陽電池用インターコネクタと、電極を有する太陽電池セルとを備える。太陽電池用インターコネクタは溶接により上記電極に接続されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高い耐環境性を有するインターコネクタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る太陽電池用インターコネクタを、金属繊維を布状に織った金属織布から切り出して形成する状態を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ部を拡大して示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインターコネクタ付き太陽電池セルの構成を示す平面図である。
【図４】同実施形態に係る太陽電池セルの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る太陽電池用インターコネクタを、金属繊維を布状に編んだ金属編布から切り出して形成する状態を示す平面図である。
【図６】図５のＶＩ部を拡大して示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るインターコネクタ付き太陽電池セルの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態１に係る太陽電池用インターコネクタおよびインターコネクタ付き太陽電池セルについて説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００２０】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る太陽電池用インターコネクタを、金属繊維を布状に織った金属織布から切り出して形成する状態を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ部を拡大して示す図である。図３は、本発明の実施形態１に係るインターコネクタ付き太陽電池セルの構成を示す平面図である。図４は、本実施形態に係る太陽電池セルの構成を示す平面図である。
【００２１】
図１，２に示すように、本発明の実施形態１に係る太陽電池用インターコネクタ１０は、金属繊維を布状に織った金属織布１００から切り出して形成されている。金属織布１００は、図１，２に示す矢印１１０で示す方向に向かって織られている。
【００２２】
本実施形態においては、金属織布１００は、図２で示すように、金属繊維束１２０と金属繊維束１３０とが綾織された綾織物である。金属繊維束１２０および金属繊維束１３０の各々は、約１０μｍの太さの銀線を５本束ねて構成されている。ただし、金属繊維束１２０および金属繊維束１３０の構成はこれに限られず、たとえば金線を複数本束ねて構成してもよい。
【００２３】
本実施形態においては、金属織布１００は、表面に金属被覆が施されている。具体的には、金属織布１００に銀メッキを行なって、たとえば、厚さが２μｍ以上５μｍ以下のメッキ膜を形成している。これにより、金属繊維と金属繊維との接触部をメッキ膜で固定することができるため、太陽電池用インターコネクタ１０の物理的特性を安定させることができる。具体的には、金属繊維の偏りを抑制できる。
【００２４】
太陽電池用インターコネクタ１０を金属織布１００から切り出す際は、金属織布１００の織り進む方向である矢印１１０で示す方向に対して角度θ1で交差する方向が長手方向となるように金属織布１００を切断する。角度θ1は、たとえば、４５°である。太陽電池用インターコネクタ１０の形状は、たとえば、幅３ｍｍ、長さ１０ｍｍの矩形状である。
【００２５】
本実施形態においては、高温に熱した切断歯によって金属織布１００を切断している。そのため、太陽電池用インターコネクタ１０の周端部に位置する金属繊維の切断部において、互いに隣接する金属繊維同士が溶着されている。このようにすることにより、切断部における金属繊維の位置を安定させられるとともに、切断部から金属繊維がほつれることを防止できる。
【００２６】
ただし、太陽電池用インターコネクタ１０を金属織布１００から切り出す方法は上記に限られず、たとえば、切断歯の両側面に沿うように隣接する圧着部を有する切断装置を用いて金属織布１００を切断してもよい。この場合、太陽電池用インターコネクタ１０の周端部に位置する金属繊維の切断部において、互いに隣接する金属繊維同士を圧着させることができる。この場合にも、切断部における金属繊維の位置を安定させられるとともに、切断部から金属繊維がほつれることを防止できる。
【００２７】
上記の太陽電池用インターコネクタ１０を複数用いて、複数の太陽電池セルを直列または並列に電気的および物理的に接続する。
【００２８】
図３，４に示すように、太陽電池セル３０は、基材と、基材の表面上に形成された複数のグリッド電極３１およびバスバー電極３２とを含む。また、太陽電池セル３０は、基材の裏面全体に形成されている図示しない裏面電極を含む。
【００２９】
複数のグリッド電極３１は、互いに間隔を置いて平行に配置されている。バスバー電極３２は、複数のグリッド電極３１の並ぶ方向に延在して、全てのグリッド電極３１と接続されている。また、バスバー電極３２は、太陽電池用インターコネクタ１０との接続用の幅広部を有している。
【００３０】
図３に示すように、太陽電池用インターコネクタ１０の長手方向の一端がバスバー電極３２の幅広部と接続されている。太陽電池用インターコネクタ１０の長手方向の他端が裏面電極と接続されている。具体的には、太陽電池用インターコネクタ１０とバスバー電極３２および裏面電極とは、溶接により接続されている。
【００３１】
溶接方法としては、パラレルギャップ溶接または超音波溶接などの任意の溶接プロセスを採用することができる。溶接によって、太陽電池用インターコネクタ１０を構成している複数の金属繊維の一部が太陽電池セル３０の電極と溶着され、太陽電池用インターコネクタ１０と太陽電池セル３０とが物理的にも電気的にも接続される。その結果、インターコネクタ付き太陽電池セル４０が形成される。
【００３２】
図３に示すように、複数のインターコネクタ付き太陽電池セル４０が相互に接続されることにより、太陽電池ストリングが形成される。太陽電池ストリングを樹脂で封止することにより太陽電池モジュールが形成される。
【００３３】
上記の太陽電池用インターコネクタ１０を構成する金属繊維単体の引張強度は、従来の箔状のインターコネクタの引張強度に比較して低い。しかし、複数の金属繊維を束にして織り込むことにより、箔状のインターコネクタより大きな引張強度を有する太陽電池用インターコネクタ１０を形成することができる。
【００３４】
また、金属織布は柔軟性および伸縮性を有するため、金属織布から形成された太陽電池用インターコネクタ１０は、環境温度変化などの要因により繰り返し負荷されるストレスを緩和しつつ吸収することができる。特に、金または銀を含む金属繊維からなる金属織布は、柔軟性と引張強度とを兼ね備えるため、宇宙機器に搭載される太陽電池用インターコネクタの材料として耐環境性の面から好ましい。
【００３５】
金属織布を綾織物とすることにより、ストレスの緩和能力と引張強度とを兼ね備えた太陽電池用インターコネクタ１０を形成することができる。インターコネクタに負荷されるストレスおよびインターコネクタの電気抵抗を考慮すると、上記のように、綾織物の織り進む方向に対して４５°で交差する方向に綾織物を切断して太陽電池用インターコネクタ１０を形成することが好ましい。
【００３６】
その理由は、ストレス緩和の観点から、ストレスの負荷方向と金属織布の伸縮方向とを一致させることが好ましく、金属織布１００の伸縮方向は綾織物の織り進む方向に対して４５°で交差する方向である。また、電気抵抗の観点から、電流の流れる方向と金属織布の電気抵抗が少ない方向とを一致させることが好ましいが、金属織布１００の電気抵抗は綾織物の織り進む方向に対していずれの方向においても大きな差はない。よって、この２つの要件を満たす上記の形成方法により太陽電池用インターコネクタ１０を形成することが好ましい。なお、金属織布１００の織り方は綾織に限られない。
【００３７】
本実施形態に係るインターコネクタ付き太陽電池セル４０においては、太陽電池用インターコネクタ１０と太陽電池セル３０の電極との接合部で、複数の金属繊維が電極とそれぞれ溶着されているため、接点数を増やすことができる。
【００３８】
そのため、太陽電池用インターコネクタ１０と太陽電池セル３０との間にストレスが負荷された場合に、各接点での破壊分離に冗長性を持たせつつ、金属繊維の柔軟性により負荷されたストレスを複数の金属繊維に分散させることができる。よって、太陽電池用インターコネクタ１０と太陽電池セル３０との接続を安定して維持することができる。
【００３９】
以下、本発明の実施形態２に係る太陽電池用インターコネクタおよびインターコネクタ付き太陽電池セルについて説明する。
【００４０】
(実施形態２)
図５は、本発明の実施形態２に係る太陽電池用インターコネクタを、金属繊維を布状に編んだ金属編布から切り出して形成する状態を示す平面図である。図６は、図５のＶＩ部を拡大して示す図である。図７は、本発明の実施形態２に係るインターコネクタ付き太陽電池セルの構成を示す平面図である。
【００４１】
図５，６に示すように、本発明の実施形態２に係る太陽電池用インターコネクタ２０は、金属繊維を布状に編んだ金属編布２００から切り出して形成されている。金属編布２００は、図５，６に示す矢印２１０で示す方向に向かって編まれている。
【００４２】
本実施形態においては、金属編布２００は、図６で示すように、金属繊維束２２０と金属繊維束２３０とがリブ編されたリブ編物である。金属繊維束２２０および金属繊維束２３０の各々は、約１０μｍの太さの銀線を５本束ねて構成されている。ただし、金属繊維束２２０および金属繊維束２３０の構成はこれに限られず、たとえば金線を複数本束ねて構成してもよい。
【００４３】
本実施形態においては、金属編布２００は、表面に金属被覆が施されている。具体的には、金属編布２００に銀メッキを行なって、たとえば、厚さが２μｍ以上５μｍ以下のメッキ膜を形成している。これにより、金属繊維と金属繊維との接触部をメッキ膜で固定することができるため、太陽電池用インターコネクタ２０の物理的特性を安定させることができる。具体的には、金属繊維の偏りを抑制できる。
【００４４】
太陽電池用インターコネクタ２０を金属編布２００から切り出す際は、金属編布２００の織り進む方向である矢印２１０で示す方向に対して角度θ2で交差する方向が長手方向となるように金属編布２００を切断する。角度θ2は、たとえば、９０°である。太陽電池用インターコネクタ２０の形状は、たとえば、幅３ｍｍ、長さ１０ｍｍの矩形状である。
【００４５】
本実施形態においては、高温に熱した切断歯によって金属編布２００を切断している。そのため、太陽電池用インターコネクタ２０の周端部に位置する金属繊維の切断部において、互いに隣接する金属繊維同士が溶着されている。このようにすることにより、切断部における金属繊維の位置を安定させられるとともに、切断部から金属繊維がほつれることを防止できる。
【００４６】
ただし、太陽電池用インターコネクタ２０を金属編布２００から切り出す方法は上記に限られず、たとえば、切断歯の両側面に沿うように隣接する圧着部を有する切断装置を用いて金属編布２００を切断してもよい。この場合、太陽電池用インターコネクタ２０の周端部に位置する金属繊維の切断部において、互いに隣接する金属繊維同士を圧着させることができる。この場合にも、切断部における金属繊維の位置を安定させられるとともに、切断部から金属繊維がほつれることを防止できる。
【００４７】
上記の太陽電池用インターコネクタ２０を複数用いて、複数の太陽電池セルを直列または並列に電気的および物理的に接続する。
【００４８】
図４，７に示すように、太陽電池用インターコネクタ２０の長手方向の一端がバスバー電極３２の幅広部と接続されている。太陽電池用インターコネクタ２０の長手方向の他端が裏面電極と接続されている。具体的には、太陽電池用インターコネクタ２０とバスバー電極３２および裏面電極とは、溶接により接続されている。
【００４９】
溶接方法としては、パラレルギャップ溶接または超音波溶接などの任意の溶接プロセスを採用することができる。溶接によって、太陽電池用インターコネクタ２０を構成している複数の金属繊維の一部が太陽電池セル３０の電極と溶着され、太陽電池用インターコネクタ２０と太陽電池セル３０とが物理的にも電気的にも接続される。その結果、インターコネクタ付き太陽電池セル５０が形成される。
【００５０】
図７に示すように、複数のインターコネクタ付き太陽電池セル５０が相互に接続されることにより、太陽電池ストリングが形成される。太陽電池ストリングを樹脂で封止することにより太陽電池モジュールが形成される。
【００５１】
上記の太陽電池用インターコネクタ２０を構成する金属繊維単体の引張強度は、従来の箔状のインターコネクタの引張強度に比較して低い。しかし、複数の金属繊維を束にして編み込むことにより、箔状のインターコネクタより大きな引張強度を有する太陽電池用インターコネクタ２０を形成することができる。
【００５２】
また、金属編布は柔軟性および伸縮性を有するため、金属編布から形成された太陽電池用インターコネクタ２０は、環境温度変化などの要因により繰り返し負荷されるストレスを緩和しつつ吸収することができる。特に、金または銀を含む金属繊維からなる金属編布は、柔軟性と引張強度とを兼ね備えるため、宇宙機器に搭載される太陽電池用インターコネクタの材料として好ましい。
【００５３】
金属編布をリブ編物とすることにより、ストレスの緩和能力と引張強度とを兼ね備えた太陽電池用インターコネクタ２０を形成することができる。インターコネクタに負荷されるストレスおよびインターコネクタの電気抵抗を考慮すると、上記のように、リブ編物の織り進む方向に対して９０°で交差する方向にリブ編物を切断して太陽電池用インターコネクタ２０を形成することが好ましい。
【００５４】
その理由は、ストレス緩和の観点から、ストレスの負荷方向と金属織布の伸縮方向とを一致させることが好ましく、金属編布２００の伸縮方向はリブ編物の編み進む方向に対して９０°で交差する方向である。また、電気抵抗の観点から、電流の流れる方向と金属編布の電気抵抗が少ない方向とを一致させることが好ましく、金属編布２００の電気抵抗の少ない方向はリブ編物の編み進む方向に対して９０°で交差する方向である。よって、この２つの要件を満たす上記の形成方法により太陽電池用インターコネクタ２０を形成することが耐環境性の面から好ましい。なお、金属編布２００の編み方はリブ編に限られない。
【００５５】
本実施形態に係るインターコネクタ付き太陽電池セル５０においては、太陽電池用インターコネクタ２０と太陽電池セル３０の電極との接合部で、複数の金属繊維が電極とそれぞれ溶着されているため、接点数を増やすことができる。
【００５６】
そのため、太陽電池用インターコネクタ２０と太陽電池セル３０との間にストレスが負荷された場合に、各接点での破壊分離に冗長性を持たせつつ、金属繊維の柔軟性により負荷されたストレスを複数の金属繊維に分散させることができる。よって、太陽電池用インターコネクタ２０と太陽電池セル３０との接続を安定して維持することができる。
【００５７】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５８】
１０，２０  太陽電池用インターコネクタ、３０  太陽電池セル、３１  グリッド電極、３２  バスバー電極、４０，５０  インターコネクタ付き太陽電池セル、１００  金属織布、１２０，１３０，２２０，２３０  金属繊維束、２００  金属編布。
【図１】
2013161855.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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