JP2012134247A - 太陽電池モジュール及び太陽電池セル - Google Patents

Abstract

【課題】接続信頼性を損なうことなく、リード線のコストを削減できる太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】平板状を成し受光面に受光面電極（グリッド電極１３、受光面バス電極１４）を有し裏面に裏面電極（裏面集電電極、裏面バス電極）を有する太陽電池セル２０が複数並設され、第１の太陽電池セル２０Ａの受光面電極と第１の太陽電池セル２０Ａに隣接する第２の太陽電池セル２０Ｂの裏面電極とを接続する帯状のリード線４が設けられている。リード線４は、断面矩形の平角導体（平角銅線）の表面がはんだの薄層で覆われたものであり、はんだは、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕの３元素を含んでおり、そのうちＡｇの重量％が２．７％より小さい。
【選択図】図７

Description

本発明は、太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルを直列接続する帯状のリード線を有する太陽電池モジュールに関するものである。

従来、受光面を形成するおもて面に表面電極を有し裏面に裏面電極を有する太陽電池セルが縦横に複数並設され、１つの太陽電池セルとこれに隣接する他の太陽電池セルとを直列に接続するために、１つの太陽電池セルの表面電極と隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを接続する帯状のリード線を有する太陽電池モジュールがある。

帯状のリード線は、一般に太陽電池セルの受光面と裏面とに接続方向に延びて配置されている。このリード線は一般的に平角銅線などの導電性の高い金属の全面をはんだ被覆したものが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

リード線の接合においては、太陽電池セル上の電極にリード線を配置して加熱し、部分的もしくは全長にわたりリード線と太陽電池セルとを圧着することによりはんだ接合する。近年、環境問題の高まりから鉛を含まないはんだ材料が用いられているが、一般的には錫Ｓｎ、銀Ａｇ、銅Ｃｕ系のはんだが用いられ、特にＡｇの重量％が３％のはんだ材料が使用されている。

特開２００６−５４３５５号公報

しかしながら、従来用いられているはんだ材料では、はんだに占めるＡｇの重量％が大きく、はんだのコストが高くなっていた。一方、コストを抑えるためにＡｇの重量％を０．３％に減じた場合は、はんだ付けの加熱の際に太陽電池セル上のＡｇ電極と反応しはんだ食われが生じ、接続信頼性を損ねる場合があった。

本発明では、上記に鑑みてなされたものであって、接続信頼性を損なうことなく、リード線のコストを低減することのできる太陽電池モジュール及び太陽電池セルを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、平板状を成し受光面に受光面電極を有し裏面に裏面電極を有する太陽電池セルが複数並設され、第１の太陽電池セルの受光面電極と第１の太陽電池セルに隣接する第２の太陽電池セルの裏面電極とを接続する帯状のリード線が設けられた太陽電池モジュールにおいて、リード線は、断面矩形の平角導体の表面がはんだの薄層で覆われたものであり、はんだは、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕの３元素を含んでおり、そのうちＡｇの重量％が２．７％より小さいことを特徴とする。

また、本発明にかかる他の太陽電池モジュールは、平板状を成し受光面に受光面電極を有し裏面に裏面電極を有する太陽電池セルが複数並設され、第１の太陽電池セルの受光面電極と該第１の太陽電池セルの第１の方向に隣接する第２の太陽電池セルの裏面電極とを接続する帯状のリード線が設けられた太陽電池モジュールにおいて、受光面電極は、受光面に形成され第１の方向と直交する方向に第１の太陽電池セルの端部まで平行に延びる複数の細線でなるグリッド電極と、複数のグリッド電極を接続するように形成され第１の太陽電池セルの第１の方向に平行に沿って延びる受光面バス電極とを有し、リード線は、第１の太陽電池セルの受光面に受光面バス電極に沿って延び受光面バス電極と接続された受光面リード線と、第２の太陽電池セルの裏面に設けられた裏面電極と接続された裏面リード線とを含み、受光面リード線及び裏面リード線の少なくとも一方は、表面にはんだメッキされた断面矩形の平角導体であり、はんだは、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕの３元素を含んでおり、そのうちＡｇの重量％が２．７％より小さいことを特徴とする。

さらに、本発明にかかる太陽電池セルは、太陽光を受光して電力を発生する半導体基板の受光面側に受光面電極を有し、半導体基板の裏面側に裏面電極を有し、受光面電極および裏面電極にそれぞれ受光面リード線及び裏面リード線を接続されて発生した電力を取り出される太陽電池セルにおいて、受光面リード線及び裏面リード線の少なくとも一方は、表面にはんだメッキされた断面矩形の平角銅線であり、はんだは、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕの３元素を含んでおり、そのうちＡｇの重量％が２．７％より小さいことを特徴とする。

この発明によれば、はんだを構成するＡｇの重量％が２．７％より小さく、一般的なＡｇ重量３％より小さくなっているため、メッキ構成材の中のコストの高いＡｇの使用量を減じることにより、リード線のコストを低減できるとともに、はんだの固相温度を変えることなくはんだ付けを可能とする。

図１は、太陽電池モジュールの斜視図である。 図２は、複数の太陽電池セルがリード線により順次接続されてなる太陽電池アレイが太陽電池パネル内に封止されている様子を示す斜視図である。 図３は、太陽電池セルの上面図である。 図４は、太陽電池セルの裏面図である。 図５は、太陽電池セルの受光面側バス電極に受光面リード線を接合した様子を示す上面図である。 図６は、太陽電池セルの裏面バス電極に裏面リード線を接合した様子を示す裏面図である。 図７は、複数の太陽電池セルを直列に接続した様子を上方から見た斜視図である。 図８は、複数の太陽電池セルを直列に接続した様子を下方から見た斜視図である。 図９は、各部品を積層する状態を示す太陽電池セルの分解斜視図である。 図１０は、隣接する２つの太陽電池セルの接続状態を示す断面図である。 図１１は、受光面側リード線の一部を断面とする斜視図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール及び太陽電池セルの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態.
図１は、太陽電池モジュールの斜視図であり、太陽電池パネルに枠部材を取り付ける様子を示している。図２は、複数の太陽電池セルがリード線により順次接続されてなる太陽電池アレイが太陽電池パネル内に封止されている様子を示す斜視図である。図３は、太陽電池セルの上面図である。図４は、太陽電池セルの裏面図である。図５は、太陽電池セルの受光面側バス電極に受光面リード線を接合した様子を示す上面図である。図６は、太陽電池セルの裏面バス電極に裏面リード線を接合した様子を示す裏面図である。図７は、複数の太陽電池セルを直列に接続した様子を上方から見た斜視図である。図８は、複数の太陽電池セルを直列に接続した様子を下方から見た斜視図である。図９は、各部品を積層する状態を示す太陽電池セルの分解斜視図である。図１０は、隣接する２つの太陽電池セルの接続状態を示す断面図である。図１１は、受光面側リード線の一部を断面とする斜視図である。

太陽電池モジュール９０は、平板状の太陽電池パネル７０とこの太陽電池パネル７０の外縁部を全周にわたって囲む枠部材８０とを有している（図１）。太陽電池パネル７０は、縦横に複数配列された太陽電池セル２０を樹脂封止し、その受光面側を透光性を有する表面カバー材３で覆い、裏面側を裏面カバー材１０で覆って構成されている（図９、１０）。

複数の太陽電池セル２０は、受光面側リード線４および裏面側リード線７により、第１の方向である図中Ｘ方向に直列に接続されている（図２、７、８、９）。ただし、太陽電池パネル７０の端部においては、Ｙ方向に接続されている箇所もある。図１１に受光面側リード線４の斜視図を示す。なお、図１１には、受光面側リード線４を示すが裏面側リード線７も同様の構造である。受光面側リード線４および裏面側リード線７としては、一般にタブ線と呼ばれる帯状のインターコネクタであり、平角銅線（平角導体）４Ａの表面全体がはんだ４Ｂの薄層で覆われた構造、つまり、平角銅線４Ａが外周面をはんだ４Ｂで被覆された構造を成している。はんだ４Ｂは、平角銅線４Ａにはんだメッキされることにより平角銅線４Ａの外周面全体にわたって薄層を形成している。太陽電池パネル７０の内部には、複数の太陽電池セル２０が受光面側リード線４および裏面側リード線７により順次接続されて太陽電池アレイ５が構成され、この太陽電池アレイ５が樹脂８により封止されている（図２、９）。

枠部材８０は、アルミニウムなどの押出成型にて作製され、断面コの字形を成すコ字状部で太陽電池パネル７０の外縁部を全周にわたって覆っている（図１）。枠部材８０は、ブチル系の封止材またはシリコン系の接着剤などを介して太陽電池パネル７０に固定され、太陽電池パネル７０を補強するとともに、太陽電池パネル７０を住宅やビルなどの建物や地面や構造物に設けられた架台に取り付けるための役割を有する。

太陽電池パネル７０は、受光面側（表面側）から、例えばガラス板である透光性を有する表面カバー材３と、複数の太陽電池セル２０およびこれら太陽電池セル２０を直列に接続する受光面側リード線４および裏面側リード線７がＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）等の樹脂８（８ａ、８ｂ）で封止されたセル配置層９と、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）等でなる耐候性に優れた裏面カバー材（バックシート）１０とが、この順にて積層された構成となっている（図９、１０）。

太陽電池セル２０は、およそ１５０〜３００μｍほどの厚みのｐ型シリコンを基板として以下のように構成される。ｐ型層となるｐ型シリコン基板（半導体基板）１１の表面側には、リン拡散によってｎ型拡散層（不純物層拡散層：図示せず）が形成され、さらに入射光の反射を防止して変換効率を向上させるためのシリコン窒化膜よりなる反射防止膜１１ａ（図３）が表面処理により設けられて、太陽電池セル２０の受光面となっている。また、ｐ型シリコン基板（以下、単に基板）１１の裏面側には、高濃度不純物を含んだｐ＋層（図示せず）が形成され、さらに入射光の反射および電力の取り出しを目的として裏面のほぼ全面にわたってアルミニウムによる裏面集電電極１２が設けられている。

また、基板１１の受光面には、入射光から変換された電気エネルギーを取り出す受光面側電極として、銀で形成された細線電極であるグリッド電極１３と同じく銀で形成された所定幅の受光面バス電極（受光面リード接続電極）１４とが形成され、それぞれ底面部において上記ｎ型拡散層と電気的に接続している。受光面バス電極１４は、太陽電池セル２０の接続方向である第１の方向に沿って２本が平行に形成されている。なお、受光面バス電極１４は３本以上でも良い。グリッド電極１３は、受光面バス電極１４と直交する方向に多数本が細形に形成されている。グリッド電極１３は、受光面にて発電した電力を無駄なく取り出すために、できるだけ細く、また受光面（表面）の全体にわたるように形成されている。太陽光が当たることによって、図３、５の受光面側がマイナス（−）電極、図４、６の裏面側がプラス（＋）電極となる。受光面バス電極１４は、受光面側リード線４が接続されて、グリッド電極１３によって集められた電気エネルギーをさらに外部に取り出すために設けられている（図５）。

グリッド電極１３と受光面バス電極１４とは、グリッド電極１３となる１００μｍ程度の幅の銀ペーストが線状に２ｍｍ程度の間隔で多数本塗布され、また、受光面バス電極１４となる２ｍｍ幅の銀ペーストが基板１１の端辺からセル幅の４分の１の距離にグリッド電極１３の銀ペーストと直交するように塗布され、これら銀ペーストが焼成されて形成されている。

一方、基板１１の裏面には、裏面のほぼ全面を覆うようにしてアルミニウムでなる裏面集電電極１２が設けられている。また、太陽電池セル２０の裏面のグリッド電極１３と対応した位置（グリッド電極１３と太陽電池セル２０の厚さ方向に重なる位置）には、銀でなる裏面バス電極（裏面リード接続電極）１５が太陽電池セル２０の接続方向である第１の方向に延びて形成されている。裏面バス電極１５は、裏面側リード線７が接続されて、裏面集電電極１２によって集められた電気エネルギーをさらに外部に取り出すために設けられている（図４）。

基板１１の裏面は、全面にわたって銀電極にて覆ってもよいがコストが嵩むため、上記のように特に裏面側リード線７を接続する箇所のみ銀製の裏面バス電極１５が設けられている。なお、裏面バス電極１５は、本実施の形態のように直線状なもののほかに、ドット状（飛び石状）に設けられる場合もある。

このように構成された太陽電池セル２０では、太陽光が太陽電池セル２０の受光面側（反射防止膜側）から照射されて、内部のｐｎ接合面（ｐ型層とｎ型拡散層との接合面）に到達すると、このｐｎ接合面において合体していたホールと電子が分離する。分離した電子はｎ型拡散層に向かって移動する。一方、分離したホールはｐ＋層に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層とｐ＋層との間に、ｐ＋層の電位が高くなるようにして電位差が発生する。その結果、ｎ型拡散層に接続した表面電極がマイナス極、ｐ＋層に接続した裏面電極がプラス極となって、外部回路（図示せず）を接続すれば電流が流れ、太陽電池としての動作を示す。太陽電池セル１枚の出力電圧は小さいが、太陽電池モジュール９０においてはこの太陽電池セル２０を複数枚直列に接続することにより使用しやすい電圧まで大きくしている。

太陽電池セル２０の直列接続は、第１の方向に配列された複数の太陽電池セルにおいて、第１の太陽電池セル２０（２０Ａ）の受光面バス電極１４と、これに隣接する第２の太陽電池セル２０（２０Ｂ）の裏面バス電極１５とを帯状のリード線４、７により電気的に接続することによりなされる（図７〜１０）。

本実施の形態においてリード線４、７は、受光面側リード線４と裏面側リード線７とに分割して設けられている。両リード線のうち、受光面側リード線４は、受光面バス電極１４の上に延び、当該受光面バス電極１４にはんだ接合（機械的および電気的に接続）されている。なお、受光面側リード線４は、太陽電池セル２０より長さを長くされた延長部４ａが設けられており、受光面バス電極１４上にはんだ接合された際、片側に突出する（図５）。

裏面側リード線７は、裏面バス電極１５上に延び、当該裏面バス電極１５にはんだ接合（機械的および電気的に接続）されている。そして、第１の太陽電池セル２０（２０Ａ）と第２の太陽電池セル２０（２０Ｂ）とを直列接続するために、第１の太陽電池セル２０（２０Ａ）の受光面側リード線４と第２の太陽電池セル２０（２０Ｂ）の裏面側リード線７とがはんだ接合されている。すなわち、第１の太陽電池セル２０（２０Ａ）の受光面側リード線４の延長部４ａが、隣接する第２の太陽電池セル２０（２０Ｂ）の裏面側にもぐり込み、裏面バス電極１５上にはんだ接合されている裏面側リード線７にはんだ接合される。ここでは、隣接する２つの第１の太陽電池セル２０（２０Ａ）と第２の太陽電池セル２０（２０Ｂ）の接続のみ説明しているが、実際には、同様の接続が繰り返されて複数の太陽電池セル２０が直列に接続されている。なお、本実施の形態においては、リード線は、上記のように受光面側リード線４と裏面側リード線７とに分割して設けられているが、連続する１本のリード線により接続されてもよい。

本実施の形態の受光面側リード線４および裏面側リード線７は、はんだ４Ｂがメッキされた断面矩形の帯状の平角銅線４Ａである（図１１）。上記のように、はんだを構成するＡｇの重量％が２．７％より小さく０．３％より大きい。このＡｇの重量％の上限の２．７％は、一般的なＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系組成のＡｇ重量％である３％より小さい（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系組成の一般的な重量％である３％より小さい）。このように、はんだ組成の中のコストの高いＡｇの使用量を減じることにより、リード線４、７のコストを低減するとともに、はんだの固相温度を変えることなくはんだ付けを可能とする。また、Ａｇの重量％の下限を０．３％より大きくすることにより、はんだ付け時の太陽電池セル２０側のＡｇ電極（裏面集電電極１２、受光面バス電極１４）のはんだ食われを抑制することが可能である。

なお、本実施の形態によれば、はんだ４Ｂは平角銅線４Ａにはんだメッキされて平角銅線４Ａの表面に薄層を形成しているが、メッキに限らず他の方法により平角銅線４Ａに被覆されてもよい。また、本実施の形態の受光面側リード線４および裏面側リード線７は、上記のように基材が銅を材料とする平角銅線であるが、銅に限らず電気伝導性に優れた導体でなる平角導体であれば同じように用いることができる。

本実施の形態によれば、はんだ４Ｂを構成するＡｇの重量％が２．７％より小さく、これは一般的なＡｇ重量である３％より小さい値である。このように、はんだ構成材の中のコストの高いＡｇの使用量を減じることにより、リード線４、７の価格を安価とすると共に、はんだ４Ｂの固相温度を変えることなくはんだ付けを可能とする。

また、Ａｇの重量％を０．３％より大きくすることにより、はんだ付け時の太陽電池セル側のＡｇ電極である受光面バス電極１４および裏面バス電極のはんだ食われを抑制することが可能であり、十分な接続信頼性を保つことが可能である。２．７％より小さく０．３％より大きいといった数値の根拠は、発明者等が実験やシミュレーションにて試行錯誤しながら求めた値である。

なお、Ａｇの重量％とはんだ食われの生じ易さは相関があり、重量％が大きい程、はんだ食われが生じ難く接続信頼性が向上する。一方、上述したようにＡｇの重量％が小さい程、コストダウンを図ることができる。発明者等が実験やシミュレーションにて確認したところによると、Ａｇの重量％を０．９％以上かつ１．１％以下にすることにより、コストおよび接続信頼性の確保を最も効果的に両立させることが可能であることが明かになった。

以上のように、本発明は、太陽電池セルと隣接する他の太陽電池セルを直列接続する帯状のリード線を有する太陽電池モジュールに適用されて好適なものである。

３ 表面カバー材
４ 受光面側リード線（リード線）
４ａ 延長部
４Ａ 平角銅線（平角導体）
４Ｂ はんだ
５ 太陽電池アレイ
７ 裏面側リード線（リード線）
８、８ａ、８ｂ 樹脂
９ セル配置層
１０ 裏面カバー材
１１ ｐ型シリコン基板（半導体基板）
１１ａ 反射防止膜
１２ 裏面集電電極（裏面電極）
１３ グリッド電極（受光面電極）
１４ 受光面バス電極（受光面リード接続電極、受光面電極）
１５ 裏面バス電極（裏面リード接続電極、裏面電極）
２０、２０Ａ、２０Ｂ 太陽電池セル
７０ 太陽電池パネル
８０ 枠部材
９０ 太陽電池モジュール

Claims (7)

1. 平板状を成し受光面に受光面電極を有し裏面に裏面電極を有する太陽電池セルが複数並設され、第１の太陽電池セルの前記受光面電極と前記第１の太陽電池セルに隣接する第２の太陽電池セルの前記裏面電極とを接続する帯状のリード線が設けられた太陽電池モジュールにおいて、
   前記リード線は、断面矩形の平角導体の表面がはんだの薄層で覆われたものであり、前記はんだは、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕの３元素を含んでおり、そのうち前記Ａｇの重量％が２．７％より小さい
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 平板状を成し受光面に受光面電極を有し裏面に裏面電極を有する太陽電池セルが複数並設され、第１の太陽電池セルの前記受光面電極と該第１の太陽電池セルの第１の方向に隣接する第２の太陽電池セルの裏面電極とを接続する帯状のリード線が設けられた太陽電池モジュールにおいて、
   前記受光面電極は、前記受光面に形成され第１の方向と直交する方向に前記第１の太陽電池セルの端部まで平行に延びる複数の細線でなるグリッド電極と、前記複数のグリッド電極を接続するように形成され前記第１の太陽電池セルの第１の方向に平行に沿って延びる受光面バス電極とを有し、
   前記リード線は、前記第１の太陽電池セルの受光面に前記受光面バス電極に沿って延び前記受光面バス電極と接続された受光面リード線と、前記第２の太陽電池セルの裏面に設けられた前記裏面電極と接続された裏面リード線とを含み、
   前記受光面リード線及び裏面リード線の少なくとも一方は、表面にはんだメッキされた断面矩形の平角導体であり、前記はんだは、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕの３元素を含んでおり、そのうち前記Ａｇの重量％が２．７％より小さい
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 前記はんだの前記Ａｇの重量％が、２．７％より小さく０．３％より大きい
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記はんだの前記Ａｇの重量％が０．９％以上かつ１．１％以下である
   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。
5. 前記はんだは、前記平角導体の表面にメッキされたものである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記平角導体は、平角銅線である
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 太陽光を受光して電力を発生する半導体基板の受光面側に受光面電極を有し、前記半導体基板の裏面側に裏面電極を有し、前記受光面電極および前記裏面電極にそれぞれ受光面リード線及び裏面リード線を接続されて発生した電力を取り出される太陽電池セルにおいて、
   前記受光面リード線及び裏面リード線の少なくとも一方は、表面にはんだメッキされた断面矩形の平角銅線であり、前記はんだは、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕの３元素を含んでおり、そのうち前記Ａｇの重量％が２．７％より小さい
   ことを特徴とする太陽電池セル。

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