(57)【要約】【課題】曲げ加工や外力に対して高強度な太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュールは、複数の太陽電池層２を有している。これらの太陽電池層２は、オーバーラップ層３を介して直列に接続され、セルストリングス４を形成している。オーバーラップ層３は、半田接合部１２、及び絶縁保護部１３から形成されている。半田接合部１２は、太陽電池層２の太陽電池素子１０と他の太陽電池層２の金属箔９とを半田ペーストにより接合する。絶縁保護部１３は、半田接合部１２を挟むように半田接合部１２の両側に設けられており、耐熱性及び弾力性を有するポリイミドで形成された絶縁シールである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔上に太陽電池素子を形成してなる太陽電池層が複数直列に接続されている太陽電池モジュールであって、
前記各太陽電池層の端部同士を積層させるオーバーラップ層を設け、
前記オーバーラップ層は、前記太陽電池層の前記太陽電池素子と他の前記太陽電池層の前記金属箔とを半田によって接合する半田接合部と、前記半田接合部を絶縁性の材料で覆うように設けられた絶縁保護部とを有することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記絶縁保護部は、前記半田接合部を挟むように前記半田接合部の両側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記絶縁保護部は、耐熱性及び弾力性を有する絶縁性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記絶縁性樹脂は、ポリイミド系樹脂またはシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の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、複数の太陽電池が直列接続された太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池モジュールとしては、ガラス基板上にＣＶＤ法等によって薄膜太陽電池（セル）を形成し、レーザスクライブ加工等によってセルを分割してセルストリングス（セルが直列接続されたもの）を構成したものが一般的である。
【０００３】
このように、ガラス基板上に太陽電池を形成する場合には、例えば撓み強度、曲げ剛性、及び衝撃強度等を確保するために十分厚い強化ガラスが用いられている。ここで、例えば自動車のルーフ等に太陽電池モジュールを設置する場合には、太陽電池モジュールを曲面形状とする必要性がある。しかし、上記のようなガラス基板は曲げられないため、曲率を有する太陽電池モジュールを製造することは困難であった。また、ガラス基板に代えて、曲率を与えることが可能な樹脂フィルム用いた場合には、太陽電池の形成温度等の制限があり、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を高めることができないといった問題があった。
【０００４】
また、従来の太陽電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているように、導電性基板上に光電変換層を堆積させてなる帯状太陽電池を形成し、帯状太陽電池と他の帯状太陽電池とが導電ペーストを介して接合されることで、複数の帯状太陽電池が直列接続されたものもある。
【特許文献１】特開平２−２４４７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の太陽電池モジュールでは、金属基板上に太陽電池を形成することで、曲げ加工への自由度を増している。しかし、自動車のルーフ等に設置される大型の太陽電池モジュールを構成した場合には、セルストリングス部の結合強度が十分でないといった問題があった。これにより、太陽電池モジュールに曲げ加工や強い外力が加わった場合に、帯状太陽電池の接合部分が破損し、セルストリングス部の内部抵抗が高まることでエネルギー変換効率が低下してしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明の目的は、曲げ加工や外力に対して高強度な太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、金属箔上に太陽電池素子を形成してなる太陽電池層が複数直列に接続されている太陽電池モジュールであって、各太陽電池層の端部同士を積層させるオーバーラップ層を設け、オーバーラップ層は、太陽電池層の太陽電池素子と他の太陽電池層の金属箔とを半田によって接合する半田接合部と、半田接合部を絶縁性の材料で覆うように設けられた絶縁保護部とを有することを特徴とする。
【０００８】
このような太陽電池モジュールにおいては、太陽電池層の端部同士が絶縁保護部に保持された半田接合部によって強固に接合されている。これにより、曲げ加工や強い外力の影響を受けた場合であっても、絶縁保護部が半田接合部への応力集中を緩和するために、オーバーラップ層の破損等が抑えられ、高い強度を有する太陽電池モジュールを得ることができる。
【０００９】
また、好ましくは、絶縁保護部は、半田接合部を挟むように半田接合部の両側に設けられている。このような場合には、半田接合部への応力集中が更に緩和されるため、より高い強度を有する太陽電池モジュールを得ることができる。
【００１０】
また、好ましくは、絶縁保護部は、耐熱性及び弾力性を有する絶縁性樹脂で形成される。この場合には、絶縁保護部が弾力性を有することでクッション作用を果たすようになるため、オーバーラップ層において衝撃を吸収しやすくなる。これにより、太陽電池モジュールに強い衝撃が加わった場合に、半田結合部の破損を防止することが可能となる。また、絶縁保護部が耐熱性を有しているので、絶縁性樹脂の加熱硬化工程において、絶縁性樹脂の溶融を防止することができる。
【００１１】
また、好ましくは、絶縁性樹脂は、ポリイミド系樹脂またはシリコーン系樹脂である。ポリイミド系樹脂は、特に耐熱性に優れているので、絶縁性樹脂の加熱硬化工程において、絶縁性樹脂の溶融を確実に防止することができる。また、シリコーン系樹脂は、特に弾力性に優れており、十分なクッション効果が得られるため、耐衝撃性の向上を図ることが可能となる。また、絶縁性樹脂をシリコーン系樹脂とすることで、絶縁保護部の形成をメタルマスク印刷によって高速で行うことができるので、製造工程のタクトタイム（稼動時間）を短縮することが可能になると共に、絶縁保護部のアライメント精度が高くなり、絶縁保護部の結合不良の発生を低減させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、曲げ加工や外力に対して高強度な太陽電池モジュールを得ることが可能となる。従って、例えば自動車のルーフ上に設置される太陽電池モジュールとして適したものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明に係わる太陽電池モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係わる太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。同図において、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池層２を有している。これらの太陽電池層２は、オーバーラップ層３を介して直列に接続され、セルストリングス４を形成している。
【００１５】
太陽電池層２は、封止樹脂材料５で封止されている。封止樹脂材料５としては、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂等が用いられる。太陽電池層２の表面側には透明樹脂層６が配置され、太陽電池層２の裏面側には、両面に絶縁コート７が施された金属背面板８が形成されている。透明樹脂層６は、フッ素系透明樹脂等で形成されている。金属背面板８は、例えば車のルーフ等の鋼板であり、曲率を有して形成されている。
【００１６】
図２は、セルストリングス４の拡大断面図である。同図において、セルストリングス４は、複数の太陽電池層２と、これらの太陽電池層２の端部２ａ，２ｂ同士を積層・結合させるオーバーラップ層３とから構成される。太陽電池層２は、金属箔９と、この金属箔９上に形成された太陽電池素子１０とからなっている。金属箔９としては、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、銅等が用いられる。また、太陽電池素子１０としては、アモルファスシリコン系、多結晶薄膜シリコン系、ＣＩＧＳ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系等が用いられる。
【００１７】
オーバーラップ層３は、半田接合部１２、及び絶縁保護部１３から形成されている。半田接合部１２は、太陽電池層２の太陽電池素子１０と他の太陽電池層２の金属箔９とを半田ペーストにより接合する。半田ペーストとしては、銀、銅を含む錫系の合金が用いられる。絶縁保護部１３は、半田接合部１２を挟むように半田接合部１２の両側に設けられている。絶縁保護部１３は、耐熱性及び弾力性を有するポリイミドで形成された絶縁シールである。
【００１８】
続いて、太陽電池層２が複数直列に接続されたセルストリングス４を形成する工程について図３を参照して説明する。同図に示すように、金属箔９上に太陽電池素子１０が形成されてなるロール状の太陽電池シート１５を繰り出し、セルカッター１６によって太陽電池シート１５を短冊状に所定の寸法で切断することにより、太陽電池層２を形成する。次に、切断された短冊状の太陽電池層２の側端部に、ディスペンサ１７によりペースト状の半田をポッティングし、半田接合部１２を形成する。そして、テープ貼付機１８によってペースト状の半田の両側に、ポリイミドテープを貼り付け、絶縁保護部１４を形成する。
【００１９】
半田接合部１２及び絶縁保護部１３が形成された後、短冊状の太陽電池層２の端部同士を積層し、オーバーラップ層３を形成する。そして、リフロー硬化炉１９において、オーバーラップ層３を約２３０℃の温度で加熱することにより、ペースト状の半田接合部１２及び絶縁保護部１３が硬化し、太陽電池層２同士がオーバーラップ層３を介して接合されるようになる。
【００２０】
このように太陽電池層２同士が接合されると、太陽電池層２が複数直列に接続されたセルストリングス４が得られる。そして、その形成されたセルストリングス４を巻き取ることで、セルストリングスロール２０が得られる。
【００２１】
以上のように本実施形態の太陽電池モジュール１にあっては、太陽電池層２の端部２ａ，２ｂ同士が、弾力性を有するポリイミド製の絶縁シール（絶縁保護部１３）に保持された半田接合部１２によって強固に接合されている。これにより、小さな曲率半径の曲げ加工や強い外力の影響を受けた場合であっても、衝撃を吸収する絶縁シールが半田接合部１２への応力集中を緩和するために、オーバーラップ層３の破損等が抑えられる。従って、太陽電池層２同士の接合不良が起こることは殆ど無く、高い強度を有する太陽電池モジュール１を得ることができる。よって、本実施形態の太陽電池モジュール１は、自動車のルーフ上に設置されるモジュールとして好適なものとなる。
【００２２】
また、この太陽電池モジュール１では、太陽電池層２の太陽電池素子１０と他の太陽電池層２の金属箔９とが半田接合部１２によって直接接合されているので、例えばインターコネクタ等を用いた結合に比べて内部抵抗が極めて低くなる。また、太陽電池層２同士を接合する工程において、ペースト状の半田が絶縁シールによって保持されるため、半田が接合部以外の場所にまわりこむといった原因による短絡の問題を防止することができる。これらより、太陽光から電力への高いエネルギー変換効率を得ることができる。
【００２３】
また、セルストリングス４の形成は、絶縁シールの貼り付けと半田ペーストとの印刷とを連続して実施するロールトウロールで行うので、製造工程が単純化し、生産性を高くするこができる。また、セルストリングス４の形成工程において、インターコネクタ部材を用いていないので、低コストで且つ不良率を低減させることができる。
【００２４】
更に、金属箔９は放熱性が高く、その金属箔９が導電性の高い錫系合金の半田ペーストで接合されるため放熱効果が向上する。これにより、例えば影の影響によるダイオード特性の悪化によって太陽電池モジュール１に部分的な発熱が生じた場合であっても、その熱が早く拡散されるため迅速に冷却することができる。従って、この点においても、太陽電池モジュール１は、影等が頻繁に発生しやすい自動車のルーフ上に設置されるものとして好適である。
【００２５】
以下、上記実施形態に相当する実施例について説明する。まず厚み５０μｍ、幅４００ｍｍの銅箔上にロールトウロ−ル製膜法によって銀（Ａｇ）を真空蒸着法により２００ｎｍ製膜し、更に酸化亜鉛膜をスパッタリング法によって７０ｎｍ製膜した。続いて、プラズマＣＶＤ法によってｎ型アモルファスシリコン３５ｎｍ、ｉ型アモルファスシリコン３５０ｎｍ、ｐ型アモルファスシリコンカーバイト１２ｎｍを順に製膜し、更に熱ＣＶＤ法によってフッ素ドープ酸化錫を１０００ｎｍ堆積させ、アモルファスシリコン太陽電池素子が形成された銅箔ロールを作製した。
【００２６】
そして、銅箔ロールをＤＬＣコーティング超高硬度鋼カッターによって切断速度１２ｃｍ／ｓにて切断し、幅２０ｍｍの短冊状の太陽電池（セル）を得た。そして、各短冊状の太陽電池の長手方向の側端に幅１．５ｍｍのリフロー半田ペースト（千住金属工業製）をディスペンサによってポッティングした。更に、リフロー半田ペーストの両側に幅１ｍｍ、厚み２５μｍのポリイミドテープを配し、オーバーラップ幅２ｍｍで各太陽電池の端部同士を積層させた後、オーブンによって加熱硬化させることでセルストリングスを作製した。
【００２７】
続いて、厚み０．８ｍｍ、外形寸法４５０ｍｍ×５５０ｍｍのアルミニウム板上に、厚み６００μｍの架橋材入りエチレン酢酸ビニル樹脂フィルム（三井化学ファブロ製）を配置し、その上に上記のセルストリングスを配置した。更に、セルストリングス上にも、厚み６００μｍの架橋材入りエチレン酢酸ビニル樹脂フィルムを配置することにより、セルストリングスを挟み込んだ。そして、コロナ放電処理加工を施した厚み２００μｍのフッ素系熱可塑性樹脂フィルム（旭硝子製）をエチレン酢酸ビニル樹脂フィルム上に配置し、ダイアフラム式ドライラミネータによって各部を真空吸引下でラミネートし、太陽電池モジュールを得た。
【００２８】
このようにして得られた太陽電池モジュールを、ＪＩＳ  Ｃ８９１７規定の方法に従って降雹試験（耐衝撃試験）を実施し、５０サイクルの降雹試験後にセル特性を評価した結果、特性変化は認められなかった。このように、連続的な強い衝撃に対してセル特性の変化が認められないので、本発明の有用性が実証されたことになる。
【００２９】
図４は、図２に示したセルストリングス４の変形例を示す拡大断面図である。図中、上記実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
同図において、本変形例のセルストリングス４Ａでは、オーバーラップ層３は、上述した絶縁シールからなる絶縁保護部１３に代えて、絶縁保護部１４を有している。絶縁保護部１４は、耐熱性及び弾力性を有するシリコーン系熱硬化樹脂から形成され、バンプ構造を有している。
【００３１】
続いて、太陽電池層２が複数直列に接続されたセルストリングス４Ａを形成する工程について図５を参照して説明する。同図に示すように、まず上記と同様にロール状の太陽電池シート１５を繰り出し、セルカッター１６によって太陽電池シート１５を短冊状に所定の寸法で切断することで、太陽電池層２を形成する。次に、切断された短冊状の太陽電池層２の側端部に、ディスペンサ１７によりシリコーン系熱硬化樹脂を所定の間隔をもって印刷し、２つの絶縁保護部１４を形成する。そして、ディスペンサ１７によりペースト状の半田を各絶縁保護部１４間に印刷し、半田接合部１２を形成する。
【００３２】
半田接合部１２及び絶縁保護部１４が形成された後、短冊状の太陽電池層２の端部同士を積層し、オーバーラップ層３を形成する。そして、リフロー硬化炉１９において、太陽電池層２及びオーバーラップ層３を約２３０℃の温度で加熱することにより、半田接合部１２及び絶縁保護部１３が硬化し、太陽電池層２同士がオーバーラップ層３を介して接合されるようになる。
【００３３】
上記の加熱硬化工程において太陽電池層２同士が接合されると、太陽電池層２が複数直列に接続されたセルストリングス４Ａが得られる。そして、そのセルストリングス４Ａを巻き取ることで、セルストリングスロール２０が得られる。
【００３４】
以上のように本変形例の太陽電池モジュール１にあっては、太陽電池層２の端部２ａ，２ｂ同士が、弾力性を有するシリコーン系樹脂からなる絶縁保護部１４に保持された半田接合部１２によって強固に接合されている。これにより、曲げ加工や強い外力の影響を受けた場合であっても、シリコーン系樹脂のバンプ構造がクッション作用を果たし、半田接合部１２への応力集中を緩和するために、強い衝撃応力が加わっても半田接合部１２が脆性破壊することは殆ど無く、オーバーラップ層３の破損等が十分抑えられる。従って、耐衝撃性の向上を図ることができ、更に高い強度を有する太陽電池モジュール１を得ることができる。
【００３５】
また、絶縁保護部１４の形成と半田接合部１２の形成とを連続して行うことができるので、太陽電池モジュール１の製造工程が単純化される。また、シリコーン系熱硬化樹脂は、メタルマスク印刷によって高速で印刷することができるので、製造工程のタクトタイムを短縮することが可能になると共に、絶縁保護部１４のアライメント精度が高くなり、絶縁保護部１４の結合不良の発生を低減させることが可能となる。
【００３６】
以下、上記変形例に相当する実施例について説明する。まず厚み７５μｍ、幅４００ｍｍのアルミ箔にロールトウロ−ル製膜法によって金（Ａｕ）を真空蒸着法で１５０ｎｍ製膜し、更に酸化亜鉛膜をスパッタリング法によって５０ｎｍ製膜した。続いて、プラズマＣＶＤ法によってｎ型アモルファスシリコン３０ｎｍ、ｉ型アモルファスシリコン３００ｎｍ、ｐ型アモルファスシリコンカーバイト１０ｎｍを順に製膜し、更に熱ＣＶＤ法によってフッ素ドープ酸化錫を８００ｎｍ堆積させ、アモルファスシリコン太陽電池素子が形成されたアルミ箔ロールを作製した。
【００３７】
次に、作製されたアルミ箔ロールをＤＬＣ（Diamond-like Carbon）コーティング超高硬度鋼カッターによって切断速度１２ｃｍ／ｓにて切断し、幅２０ｍｍの短冊状の太陽電池（セル）を得た。そして、短冊状の太陽電池の長手方向の側端に幅０．７ｍｍ、高さ７０μｍの熱硬化性シリコーン樹脂（サンユレック製）をメタルマスクによってスクリーン印刷し、間隔１ｍｍで２つのバンプ構造を形成した。このバンプ構造を形成した後、各バンプ構造の間にリフロー半田ペースト（千住金属工業製）をスクリーン印刷した。その後、各太陽電池の端部同士を積層させ、オーブンによって加熱硬化させることでセルストリングスを作製した。
【００３８】
続いて、防錆電着塗装を表面に施した厚み０．７ｍｍ、外形寸法４５０ｍｍ×５５０ｍｍの高張力鋼板上に、厚み６００μｍの架橋材入りエチレン酢酸ビニル樹脂フィルム（三井化学ファブロ製）を配置し、その上に上記方法によって作製したセルストリングスを配置した。また、セルストリングス上にも、厚み６００μｍの架橋材入りエチレン酢酸ビニル樹脂フィルムを配置して、セルストリングスを挟み込んだ。そして、コロナ放電処理加工を施した厚み２００μｍのフッ素系可熱塑性樹脂フィルム（旭硝子製）をエチレン酢酸ビニル樹脂フィルム上に配置し、ダイアフラム式ドライラミネータによって各部を真空吸引下でラミネートすることで、太陽電池モジュールを得た。
【００３９】
このようにして得られた太陽電池モジュールを、ＪＩＳ  Ｃ８９１７規定の方法に従って降雹試験（耐衝撃試験）を実施し、２００サイクルの降雹試験後にセル特性を評価した結果、特性変化は認められなかった。このように、連続的な強い衝撃に対してセル特性の変化が認められないので、本発明の有用性が実証されたことになる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、太陽電池素子としてアモルファスシリコンを用いたが、薄膜系多結晶シリコン／アモルファスシリコンタンデムセル、アモルファスシリコン／アモルファスシリコンゲルマニウムタンデムセル、銅−インジリウム−ガリウム−セレン（ＣＩＧＳ）化合物半導体薄膜セル、インジウム−燐系化合物半導体薄膜セル、ガリウム−砒素系化合物半導体薄膜セル等を用いてもよい。また、タンデムセルだけでなく、トリプル接合セル、４積層接合セル等を用いてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態は、絶縁保護部を形成する樹脂材料として、耐熱性及び弾力性を有するポリイミド系樹脂やシリコーン系樹脂を用いたが、これ以外にもエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルスルフォン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係わる太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図２】図１に示したセルストリングスを示す断面図である。
【図３】図２に示したセルストリングスの作製工程を示す図である。
【図４】図２に示したセルストリングスの変形例示す断面図である。
【図５】図４に示したセルストリングスの作製工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…太陽電池モジュール、２…太陽電池層、２ａ，２ｂ…端部、３…オーバーラップ層、９…金属箔、１０…太陽電池素子、１２…半田接合部、１３，１４…絶縁保護部。
【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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