JP4883891B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものであり、特にその内部の配線材を改良することにより信頼性を向上した太陽電池モジュールに関するものである。

太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池素子を取り付けた場合、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子の１枚では電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直列または並列に電気的に接続して用いる必要がある。

このため、通常複数の太陽電池素子を直並列に接続し、これらの接続された複数の太陽電池素子を透光性基板と裏面保護材との間に充填材で封入して、太陽電池モジュールを作製することが通常行われている。

図５は、この太陽電池モジュール内部の太陽電池素子の接続状態の一例を示したものである。図５は４個の太陽電池素子を互いに直列接続し、さらにこのように４個の太陽電池素子が直列接続されたものを２本、さらに直列に接続したものを示してある。

図５において、１は太陽電池素子、２は接続タブ、３は横方向配線、４は結合配線、５はリード線を示す。

太陽電池素子１は上述のように単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製されたものであり、その受光面側と裏面側には電極が設けられている。接続タブ２は太陽電池素子１を直列または並列に接続するために太陽電池素子１の電極にハンダ付けなどで取り付けられるものである。横方向配線３は、直線的につながった太陽電池素子同士をさらに横方向につなげるものである。太陽電池モジュールにおいては、一般に図５に示すように太陽電池素子１は接続タブ２により所定の個数接続し、さらにそれらを横方向配線３により所定の本数接続する。

結合配線４は接続された太陽電池素子１の両端の太陽電池素子の同極の電極につながる接続タブ同士を繋ぐものである。横方向配線３、結合配線４とも幅３〜８ｍｍ程度の銅箔の全面にハンダコートしたものを所定の長さに切断して用いることが多い。

リード線５は太陽電池素子１にて発生した電力を太陽電池モジュールの裏面保護材の裏面に設けられる端子ボックス（不図示）に伝達するものであり、その一端は結合配線４にハンダ付けなどで接続されており、他端は裏面保護材に設けたスリットを介して前記裏面保護材の裏側に取り出され、このリード線を前記裏面保護材上に形成された端子ボックス内の端子に接続されている。

ここにおいて、リード線５は幅３〜８ｍｍ程度の銅箔の全面にハンダコートしたものを所定の長さに切断したものを用いていることが多いが、その位置は図５に示すように太陽電池素子の裏面側に配置されるため、太陽電池素子１の裏面側電極や接続タブ２と短絡しないように、その両端の接続部を除いて絶縁材で被覆されている。（特許文献１参照）
上記に述べたように接続タブ、横方向配線と結合配線で接続した複数の太陽電池素子をガラスなどの透光性基板と裏面保護材の間で、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、エチレン−酢酸ビニル共重合体をＥＶＡと略す）などの封止材で上下から挟むように配置し、これらをラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、ＥＶＡなどが融着して他の部材と一体化する。

さらに、この一体化したパネルを架橋炉にて封止材を架橋させている。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
特開平９−３２６４９７号公報

しかしながら、上述の受光面側充填材、裏面側充填材にＥＶＡなどを使用する場合、そのラミネート時や架橋時に短時間で架橋を行うために温度を急激に上昇させたり、より高温で維持した場合に、ＥＶＡに架橋剤として含有してある有機過酸化物の分解速度が速くなり、発生した分解ガスが太陽電池モジュールのパネル部から完全に脱気されずに気泡として残ってしまう。

このような気泡の残留は、太陽電池モジュールの外観を悪化させてしまうとともに、太陽電池モジュールの長期的な信頼性をも低下させてしまう。

この気泡の残留は、太陽電池モジュールのパネル部の各部材間にわずかな空間部が有ったときには、その近傍で発生したガスがこの空間部に取り込まれて成長し、気泡が発生し、残留しやすくなることが、本発明者らの実験で解ってきた。

太陽電池素子１の裏面側は電極や接続タブ２が存在するため凹凸が大きく、さらにリード線５が絶縁材で被覆されているために凹凸へ追従しにくいため、太陽電池素子１とその裏側に配置されるリード線５との間にはラミネート時や架橋時に空間部ができやすく、上記のような気泡が発生し残留しやすい問題があった。

本発明は上記のような問題に鑑みなされたもので、その目的はラミネート時や架橋時に太陽電池素子１とその裏側に配置されるリード線５との間に空間が形成されることの無いようにすることにより、気泡の発生、残留のない、外観の良好で長期的な信頼性の向上した太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板と、受光面側充填材と、接続タブで電気的に接続された複数の太陽電池素子と、裏面側充填材と、裏面保護材とを重ねるように順次配設するとともに、前記太陽電池素子の電気出力を取り出すための全周を絶縁材で被覆したリード線を有し、該リード線の被覆されている部分のみを前記太陽電池素子の裏面側に接した状態で配置し、さらに前記裏面保護材上に形成されたスリットもしくは孔を介して前記裏面保護材の裏側に取り出すようにした太陽電池モジュールであって、前記リード線の少なくとも前記太陽電池素子の裏面側と接する部分に粘着剤または接着剤を塗布したことを特徴とする。

また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記裏面側充填材がエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）であることが望ましい。

本発明の太陽電池モジュールによれば、透光性基板と、受光面側充填材と、接続タブで
電気的に接続された複数の太陽電池素子と、裏面側充填材と、裏面保護材とを重ねるように順次配設するとともに、前記太陽電池素子の電気出力を取り出すための全周を絶縁材で被覆したリード線を有し、該リード線の被覆されている部分のみを前記太陽電池素子の裏面側に接した状態で配置し、さらに前記裏面保護材上に形成されたスリットもしくは孔を介して前記裏面保護材の裏側に取り出すようにした太陽電池モジュールであって、前記リード線の少なくとも前記太陽電池素子の裏面側と接する部分に粘着剤または接着剤を塗布したことにより、太陽電池素子の裏面側の電極や接続配線による凹凸に対して、リード線の絶縁剤表面に塗布した粘着剤または接着剤により、ラミネート時の押圧などでリード線が一度でもその凹凸部に接したら離れることが無くなるため、太陽電池素子とリード線の間には空間ができることがなく、ラミネートや架橋において気泡の発生、残留のないため太陽電池モジュールの外観が良好なものになるとともに太陽電池モジュールの長期的な信頼性も向上させることができる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記裏面側充填材がエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）から成るようにしたことにより、ＥＶＡは、ＰＶＢ等の他の材料に較べ充填性が優れ、気泡の発生が空間部にできやすいため、上述の効果を確実なものとすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの製造時における太陽電池素子同士を接続タブを用いて、直列に接続した状態を示した図である。

図１において、２１ａ、２１ｂは太陽電池素子、２２ａ、２２ｂは接続タブ、２３は太陽電池素子の受光面側バスバー電極、２４はフィンガー電極を示す。

太陽電池素子２１ａ、２１ｂは、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。太陽電池素子２１ａ、２１ｂの内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合が形成されている。

バスバー電極２３とフィンガー電極２４は、銀ペーストをスクリーンプリントすることなどにより形成され、またバスバー電極２３の表面は、その保護と接続タブを取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされる。またフィンガー電極２４は幅０．１〜０．２ｍｍ程度で、太陽電池素子の辺に平行に、光生成キャリヤーを収集するため多数本形成される。またバスバー電極２３は収集されたキャリヤーを集電し、接続タブを取り付けるために幅２ｍｍ程度で、フィンガー電極２４と垂直に交わるように２〜３本程度形成される。このようなバスバー電極２３とフィンガー電極２４は、太陽電池素子２１ａ、２１ｂの裏面側にも同様に形成されている。

接続タブ２２ａ、２２ｂは、銅箔からなる帯状の太陽電池素子接続用配線材にハンダをその表面全面に片面２０から７０μｍ程度ハンダメッキやディッピングによりコートしたものを用いる。接続タブ２２ａ、２２ｂの幅は、ハンダ付け時に接続タブ２２ａ、２２ｂ自身により太陽電池素子の受光面に影を作らないように、バスバー電極２３の幅と同じかそれ以下にする。接続タブ２２ａ、２２ｂの長さはバスバー電極２３のほぼ全てに重なり、さらに隣接する太陽電池素子の非受光面バスバー電極（不図示）に重なるようにする。一般的な１５０ｍｍ角の多結晶シリコン太陽電池素子を使用する場合、接続タブ２２ａ、２２ｂの幅は、１から３ｍｍ程度、その長さは１６０から２５０ｍｍ程度である。接続タブ２２ａ、２２ｂが受光面側バスバー電極２３のほぼ全てに重なるようにするのは、太陽電池素子の抵抗成分を少なくするためである。

太陽電池素子２１ａのバスバー電極２３と接続タブ２２ａをハンダ付けにより接続する方法は次の通りである。

まず、太陽電池素子２１ａのバスバー電極２３上に、接続タブ２２ａを配置する。この接続タブ２２ａを押さえピンで押さえながら、ホットエアーを吹き付け、太陽電池素子２１ａのバスバー電極２３と接続タブ２２ａの両者のハンダを溶融させ、接続する。

さらに、この接続タブ２２ａの他端をもう一方の太陽電池素子２１ｂの裏面側のバスバー電極上に配置し、同様にハンダを溶融させ、接続する。この時太陽電池素子２１ａ、２１ｂの間隔は１〜５ｍｍ程度である。

図２（ａ）、（ｂ）は本発明に係る太陽電池モジュールに使用されるリード線を示すものである。図２（ａ）は本発明に係るリード線の外観、図２（ｂ）はその断面を示す。

図２（ａ）、（ｂ）において、２０はリード線、２５は絶縁材、２６は導電材両端の取り付け部分、２７は塗布された粘着剤または接着剤、２８は導電材を示す。

リード線２０の絶縁材２５は、太陽電池モジュールが１０〜２０年屋外に取り付けられた時に、その形状や絶縁性が変化しない安定なものが用いられ、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルムなどが使用される。リード線２０の導電材２８は幅３〜８ｍｍ程度の銅箔の全面にメッキやディッピングにより片面約２０〜７０μｍ程度のハンダコートしたものを所定の長さに切断したものを用いていることが多い。

導電材２８において、絶縁材２５の導電材２８と接する面には被覆のための粘着剤または接着剤が塗布され、塗布された面上に導電材が配置され、絶縁材２５が折りたたむように曲げられ、粘着剤または接着剤により固定され、導電材２８の表面は図２（ｂ）のように絶縁材２５に覆われる。これにより導電材２８は、その両端の取り付け部分２６を残して、絶縁材２５により絶縁される。リード線２０の両端の取り付け部分２６は、結合配線や端子ボックス内の端子にハンダ付けなどで接続されるため１〜３ｃｍ程度設けられる、絶縁材が無い部分である。

さらに、本発明に係るリード線２０は、取り付けられた時にその絶縁材の表面の少なくとも前記太陽電池素子の裏面側と接する部分に粘着剤または接着剤２７が塗布されていることを特徴とする。

これらの粘着剤または接着剤２７は耐熱性や長期的な安定性を考慮してアクリル系粘着材やシリコーン系粘着材またはＥＶＡ系接着材やエポキシ系接着材、ウレタン系接着材、アクリル系接着材等のものが使用可能である。

図３は、本発明に係る互いに直列接続された複数の太陽電池素子の一端部の太陽電池素子の結合配線にリード線が取り付けられた状態の一例を示すものである。

図３において符号２０、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２５、２６は図１、図２（ａ）（ｂ）と同様に２０はリード線、２１ａ、２１ｂは太陽電池素子、２２ａ、２２ｂは接続タブ、２５は絶縁材、２６は導電材両端の取り付け部分を示し、さらに３０は結合配線、３１はリード線２０が太陽電池素子２１ｂと接する部分を示す。

結合配線３０は太陽電池素子２１ｂの一端の太陽電池素子の同極の電極につながる接続タブ同士を繋ぐものであり、幅３〜８ｍｍ程度の銅箔の全面にハンダコートしたものを所定の長さに切断して用いることが多い。

この結合配線３０に上述のリード線２０の一端の取り付け部分２６をハンダ付けなどで取り付ける。取り付ける位置はリード線２０の他端が、電気出力を外部回路に導出するための端子ボックスが取り付けられる位置に来るようにする。

リード線２０の他端は太陽電池モジュールの裏面保護材に設けたスリットもしくは孔を介して前記裏面保護材の裏側に取り出され、このリード線を前記裏面保護材上に形成された端子ボックス内の端子に接続する。

また、リード線２０は、太陽電池素子に入射する光を遮らないように太陽電池素子２ｂの裏面側に配置されるので、リード線２０と太陽電池素子２１ｂの裏面は、部分的に接することとなる。このリード線２０が太陽電池素子２１ｂと接する部分３１には、上述のように予め粘着剤または接着剤２７が塗布されているため、ラミネート工程などで押圧されたときに太陽電池素子２１ｂの裏面に電極などの凹凸があっても粘着または接着し、この部分に空間部ができることがない。これによりラミネートや架橋において気泡の発生、残留のないため太陽電池モジュールの外観が良好なものになるとともに太陽電池モジュールの長期的な信頼性も向上する。

なお、この粘着剤または接着剤を塗布する部分は、リード線２０が太陽電池素子と接する部分３１に少なくとも塗布されていれば良いが、位置決めの誤差などを考慮し、その部分より大きめであっても良く、またリード線の太陽電池素子側の片面全面でも何ら問題ない。

図４は本発明に係る太陽電池モジュールのパネル部の構造の一例を示す図である。

図４において、４１は透光性基板、４２は受光面側充填材、４３は太陽電池素子、４４は裏面側充填材、４５は裏面保護材、４６は接続タブ、４７はリード線を示す。

以下、各部材について説明する。

透光性基板４１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。ガラス板ついては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側充填材４２及び裏面側充填材４４は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと略す）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から成り、Ｔダイと押し出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。

ＥＶＡやＰＶＢは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させることがあるが、本発明に係る太陽電池モジュールの受光面側充填材４２においては、着色させると太陽電池素子４３に入射する光量が減少し、発電効率が低下するため透明とする。

また、裏面側充填材４４に用いるＥＶＡやＰＶＢは透明でも構わないし、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させても構わない。

さらに、太陽電池素子４３は、上述のように厚み０．３〜０．４ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなる。

接続タブ４６は上記に詳述したように、ハンダコートを行った銅箔等である。

裏面保護材４５は水分を透過しないように、アルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナ、またはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。またこの裏面材４５の所定の位置にはスリットもしくは孔が設けられ、このスリットもしくは孔からリード線４７が予めピンセットなどを用いて裏面材の表面に引き出されている。

リード線４７は、上述のように取り付け部分を除く部分が絶縁材で被覆されており、取り付けられた時にその絶縁材の表面の少なくとも太陽電池素子の裏面側と接する部分に粘着剤または接着剤が塗布されているものである。

次に太陽電池モジュールの作製方法について述べる。

太陽電池モジュールを作製するにあたっては、透光性基板４１上に受光面側充填材４２、接続タブ４６やリード線４７を接続した太陽電池素子４３、さらにその上に裏面側充填材４４、裏面保護材４５を順次積層する。このような状態にして、ラミネーターにセットし、減圧下にて加圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間加熱することにより、これらが一体化する。さらに架橋が不十分なら架橋炉で１００〜２００℃で必要時間加熱する。

また、ＥＶＡはＰＶＢ等の他の材料に較べ充填性が優れている。気泡の発生が空間部にできやすいため、本発明に係る裏面側充填材４４は、充填性に優れたＥＶＡで作成されることにより上述の効果を確実なものとできる。このため本発明に係る裏面側充填材４４は、ＥＶＡで作製されることが望ましい。

さらに、上記の透光性基板、受光面側充填材、太陽電池素子、裏面側充填材、裏面保護材をラミネートにより一体化した太陽電池パネル部の各辺に、モジュール枠と端子ボックスを取り付けた後、モジュール枠の各コーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。

このモジュール枠は太陽電池パネルに必要な強度やコストを考慮してアルミニウムや樹脂などで造られることが多い。アルミニウムで造る場合には、アルミニウムを押し出し成形して造られ、その表面にアルマイト処理やクリヤ塗装が施されることが多い。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能であり、さらに接続タブや太陽電池素子の電極をコートしているハンダは鉛を含有した共晶ハンダなどの他に鉛フリーのハンダでも応用可能であり、さらに太陽電池素子の電極にハンダコート行わないものでも応用可能である。

本発明に係る太陽電池素子同士を接続タブを用いて、直列に接続した状態を示す。 （ａ）本発明に係るリード線の外観を示す。

（ｂ）本発明に係るリード線の断面を示す。
図３は、本発明に係る互いに直列接続された複数の太陽電池素子の一端部の太陽電池素子の結合配線にリード線が取り付けられた状態の一例を示す。 本発明に係る太陽電池モジュールのパネル部の構造の一例を示す。 太陽電池モジュール内部の太陽電池素子の接続状態の一例を示す。

符号の説明

１：太陽電池素子
２：接続タブ
３；横方向配線
４：結合配線
５：リード線
２０、４７：リード線
２１ａ、２１ｂ、４３：太陽電池素子
２２ａ、２２ｂ、４６：接続タブ
２３：バスバー電極
２４：フィンガー電極
２５：絶縁材
２６：導電材両端の取り付け部分
２７：塗布された粘着剤または接着剤
２８：導電材
３０：結合配線
３１：リード線が太陽電池素子と接する部分
４１：透光性基板
４２：受光面側充填材
４４：裏面側充填材
４５：裏面保護材

Claims (2)

1. 透光性基板と、受光面側充填材と、接続タブで電気的に接続された複数の太陽電池素子と、裏面側充填材と、裏面保護材とを重ねるように順次配設するとともに、
   前記太陽電池素子の電気出力を取り出すための全周を絶縁材で被覆したリード線を有し、該リード線の被覆されている部分のみを前記太陽電池素子の裏面側に接した状態で配置し、
   さらに前記裏面保護材上に形成されたスリットもしくは孔を介して前記裏面保護材の裏側に取り出すようにした太陽電池モジュールであって、
   前記リード線の少なくとも前記太陽電池素子の裏面側と接する部分に粘着剤または接着剤を塗布したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記裏面側充填材がエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）から成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。

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