JP5999527B2 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。
一主面にｎ側電極及びｐ側電極が形成された裏面接合型太陽電池セルを接続部材によって複数接続した太陽電池モジュールであって、１つの太陽電池セルのｎ側電極に沿って形成され、ｎ側電極に電気的に接続されると共に、別の太陽電池セルのｐ型電極に沿って形成され、ｐ側電極に電気的に接続される接続部材を用いて接続される太陽電池モジュールが開示されている（特許文献１）。
また、複数の太陽電池セルをタブで接続した太陽電池モジュールであって、タブの表面に凹凸を設け、その凹凸を介して太陽電池セルのバスバーに電気的に接続した構成が開示されている（特許文献２）。
複数の裏面接合型太陽電池セルを接続部材で接続する際には、太陽電池セルの面内方向に導電性が低く、膜厚方向に導電性が高い異方導電性接着剤（ＡＣＦ）を用いてｎ型電極及びｐ側電極と接続部材とを電気的に接続する方法が採用されている。
しかしながら、異方導電性接着剤（ＡＣＦ）は高価であり、太陽電池モジュールの製造コストの増加を招いている。
本発明の１つの態様は、太陽電池モジュールであって、主面のうち一方にｎ側電極部およびｐ側電極部が設けられた複数の裏面接合型太陽電池セルと、前記複数の裏面接合型太陽電池セルの前記ｎ側電極部と前記ｐ側電極部との間を接続する接続部材と、を備え、前記ｎ側電極部および前記ｐ側電極部は、それぞれ、複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーを接続するバスバーと、を有し、前記ｎ側電極部の複数の前記フィンガーと、前記ｐ側電極部の複数の前記フィンガーとは、互いに櫛状に組み合わされ、前記ｎ側電極部の前記バスバーの表面及び前記ｐ側電極部の前記バスバーの表面の少なくとも一方は凹凸を有し、前記凹凸を介して、前記ｎ側電極部の前記バスバーと前記接続部材とが電気的に接続され、前記ｐ側電極部の前記バスバーと前記接続部材とが電気的に接続されている。
本発明の別の態様は、太陽電池モジュールの製造方法であって、主面のうち一方のみにｎ側電極部およびｐ側電極部が設けられた複数の裏面接合型太陽電池セルの各々の集電電極に跨るように接続部材を配置する第１工程と、前記集電電極と前記配線剤とを接着剤で接着する第２工程と、を備え、前記ｎ側電極部および前記ｐ側電極部は、それぞれ、複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーを接続するバスバーと、を有し、前記ｎ側電極部の複数の前記フィンガーと、前記ｐ側電極部の複数の前記フィンガーとは、互いに櫛状に組み合わされており、前記ｎ側電極部の前記バスバーの表面およびｐ側電極部の前記バスバーの表面の少なくとも一方に設けられた凹凸を介して、前記ｎ側電極部の前記バスバーと前記接続部材とを電気的に接続し、前記ｐ型電極部の前記バスバーと前記接続部材とを電気的に接続する。
本発明によれば、裏面接合型太陽電池モジュールを安価に製造することができる。
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における太陽電池モジュール１００は、図１の平面図及び図２の断面図に示すように、太陽電池セル１０２、接続部材１０４及び接着層１０６を含んで構成される。図１は、太陽電池モジュール１００を裏面側からみた図である。図２は、図１のラインＡ−Ａに沿った断面図である。
本発明の実施の形態における太陽電池モジュール１００は、図１の平面図及び図２の断面図に示すように、太陽電池セル１０２、接続部材１０４及び接着層１０６を含んで構成される。図１は、太陽電池モジュール１００を裏面側からみた図である。図２は、図１のラインＡ−Ａに沿った断面図である。
なお、「受光面」とは、太陽電池セル１０２の主面の一つであり、外部からの光が主に入射する面を意味する。例えば、太陽電池セル１０２に入射する光のうち５０％〜１００％が受光面側から入射する。「裏面」とは、太陽電池セル１０２の主面の一つであり、受光面と反対側の面を意味する。
太陽電池セル１０２は、裏面電極接合型である。すなわち、太陽電池セル１０２は、一主面に太陽電池で発電された電力を集電するための電極が設けられ、他方の主面には設けられていない。
太陽電池セル１０２は、裏面電極接合型であればよく、特に限定されるものではない。例えば、図３の平面図及び図４の部分断面図に示すように、半導体基板１０、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｎ型非晶質層１２ｎ、透明保護層１４、ｉ型非晶質層１６ｉ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｉ型非晶質層１８ｉ、ｐ型非晶質層１８ｐ、絶縁層２０、電極層２２及び電極部２４（ｎ側電極部２４ｎ，ｐ側電極部２４ｐ）で構成することができる。
半導体基板１０は、ｎ型又はｐ型の導電型の結晶性半導体基板とすることができる。半導体基板１０は、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ガリウム砒素基板（ＧａＡｓ）、インジウム燐基板（ＩｎＰ）等とすればよい。半導体基板１０の受光面にテクスチャ構造を形成してもよい。半導体基板１０の受光面にはｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎが設けられる。また、ｎ型非晶質層１２ｎ上に透明保護層１４を設けてもよい。透明保護層１４は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の透明絶縁材料や酸化錫、酸化インジウム錫等の透明導電材料とし、反射防止膜としての機能と太陽電池モジュール１００の受光面の保護膜としての機能を有する。半導体基板１０の裏面にはｉ型非晶質層１６ｉ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐが設けられる。絶縁層２０は、ｎ型非晶質層１６ｎの裏面側の表面とｉ型非晶質層１８ｉの受光面側の表面が接触しないように設けられる。絶縁層２０は、透明であってもよいし、不透明であってもよく、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の絶縁材料とすればよい。
電極層２２は、ｎ型非晶質層１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐ上に設けられる。電極層２２は、電極部２４を形成するためのシード層となる。電極層２２は、透明導電膜２２ａと、金属を含む導電層２２ｂとの積層構造としてもよい。電極部２４は、電極層２２上に設けられる。電極部２４は、例えば、銅（Ｃｕ）からなる電極部２４ａと、錫（Ｓｎ）からなる電極部２４ｂとを積層構造してもよい。電極部２４は、ｎ型非晶質層１６ｎ上に設けられたｎ側電極部２４ｎとｐ型非晶質層１８ｐ上に設けられたｐ側電極部２４ｐとになる。ｎ側電極部２４ｎとｐ側電極部２４ｐはフィンガーを構成し、互いに櫛状に組み合わされる。また、複数のｎ側電極部２４ｎを接続するバスバー２４ｂｎ、複数のｐ側電極部２４ｐを接続するバスバー２４ｂｐが設けられる。
なお、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｎ型非晶質層１２ｎ、ｉ型非晶質層１６ｉ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等によって形成することができる。透明保護層１４及び絶縁層２０は、スパッタリング法や化学気相成長法（ＣＶＤ）等を用いて形成することができる。また、ｉ型非晶質層１６ｉ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐ並びに絶縁層２０は、必要に応じてエッチング等によりパターニングされる。電極層２２は、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）やスパッタリング法等により形成することができる。電極部２４は、電解めっき法により金属層を形成することにより形成することができる。
接続部材１０４は、図５の平面図及び図６の断面図に示すように、基板３０及び接続配線３２から構成される。図５は、接続部材１０４を受光面側からみた平面図である。
基板３０は、接続部材１０４の基部となる部材である。基板３０は、導体、半導体、絶縁体のいずれでもよく、透明又は不透明のいずれであってもよい。基板３０は、例えば、金属、樹脂、ガラス、プラスチック等の材料で構成すればよい。
接続配線３２は、複数の太陽電池セル１０２を接続する導電層である。接続配線３２は、例えば、金属、透明導電体で構成すればよい。接続配線３２は、太陽電池セル１０２のバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに接続される第１領域３２ａと、第１領域３２ａ間を繋ぐ第２領域３２ｂと、を有する。
第１領域３２ａは、少なくとも一部の領域の表面に凹凸３２ｃを有する。凹凸３２ｃの高さは、後述のようにバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに接触できる範囲であれば特に限定されるものではないが、１μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。ここで、凹凸３２ｃの高さとは、凹凸の凹部（谷部）から凸部（山部）までの間隔ｈを意味する。凹凸３２ｃの高さが均一でない場合には、凹凸３２ｃの高さは、第１領域３２ａ内の凹凸の平均値とする。また、凹凸３２ｃの形状は、特に限定されるものではなく、円錐形状、四角錐形状、多角錐形状、溝形状及びそれらの組み合わせ等とすればよい。
なお、接続部材１０４は、基板３０を設けることなく、接続配線３２のみで構成してもよい。例えば、接続配線３２は、銅等の金属箔等としてもよい。
接続配線３２は、基板３０上にスパッタリング法、蒸着法、スクリーン印刷法等で形成することができる。凹凸３２ｃは、これらの製法において接続配線３２の形成条件を調整することによって形成することができる。例えば、スクリーン印刷法で用いられる版のスクリーンのメッシュや乳剤厚を変えることによって印刷された接続配線３２の表面に形成される凹凸３２ｃの高さを調整することができる。この場合、例えば、線径２５μｍの２５０メッシュ、乳剤厚５μｍとすることが好適である。
接着層１０６は、複数の太陽電池セル１０２を接続部材１０４で接続するために、複数の太陽電池セル１０２と接続部材１０４とを接着する。接着層１０６としては、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等の接着性の樹脂材料を含む熱硬化型の接着剤を用いることができる。このような接着剤を太陽電池セル１０２の電極部２４において接続部材１０４の接続配線３２に接触する領域に塗布し、その後、接続部材１０４の接続配線３２を位置合わせして圧着する。
このとき、図２に示すように、バスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐと第１領域３２ａとが凹凸３２ｃを介して接続される。すなわち、接続部材１０４の接続配線３２に設けられた凹凸３２ｃの間に充填された接着層１０６によってバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐと第１領域３２ａとが接着されると共に、凹凸３２ｃの凸部がバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに接触してバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐと第１領域３２ａとが電気的に接続される。これにより、２つの太陽電池セル１０２が接続部材１０４によって電気的に接続される。
これにより、導電性粒子を分散させた導電性接着ペースト（ＳＣＰ）又は導電性接着フィルム（ＳＣＦ）又は面内方向に導電性が低く、膜厚方向に導電性が高い異方導電性接着剤（ＡＣＦ）を用いなくても複数の太陽電池セル１０２を電気的に接続することができる。これにより、太陽電池モジュール１００の製造コストを低減することができる。
なお、凹凸３２ｃは、第１領域３２ａの少なくとも一部の領域に設ければよいが、全域に設けることがより好ましい。これにより、接続部材１０４とバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐとの接続がより確実となり、接触抵抗を低減することができる。
また、図７に示すように、凹凸３２ｃは、接続部材１０４の全面に設けてもよい。これにより、領域を区別することなく接続配線３２の全面に凹凸３２ｃを形成すればよくなり、製造が簡素化し、製造コストを低減できる。
また、図８に示すように、接続部材１０４に凹凸３２ｃを形成する代りに、バスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに凹凸２４ｃを設けてもよい。凹凸２４ｃの高さは、接続配線３２に接触できる範囲であれば特に限定されるものではないが、１μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。
電極部２４は、上記のようにメッキ法により形成することができる。このとき、メッキの条件を調整することによって、電極部２４の表面に凹凸２４ｃを形成することができる。例えば、メッキを行う際に印加される電圧を調整することによって電極部２４の凹凸２４ｃの高さを変えることができる。
これによって、接続部材１０４に凹凸３２ｃを設けたのと同様に、導電性接着ペースト（ＳＣＰ）、導電性接着フィルム（ＳＣＦ）及び異方導電性接着剤（ＡＣＦ）のいずれかを用いなくても複数の太陽電池セル１０２を電気的に接続することができる。これにより、太陽電池モジュール１００の製造コストを低減することができる。もちろん、凹凸３２ｃ及び凹凸２４ｃを同時に設けてもよい。
バスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに凹凸２４ｃを設ける場合も、凹凸２４ｃは、バスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐの少なくとも一部の領域に設ければよいが、全域に設けることがより好ましい。これにより、バスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐと接続配線３２との接続がより確実となり、接触抵抗を低減することができる。
また、図９に示すように、凹凸２４ｃは、バスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに限らず、ｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐの全面に設けてもよい。これにより、領域を区別することなく凹凸２４ｃを形成すればよくなり、製造が簡素化し、製造コストを低減できる。
なお、接着層１０６として、導電性接着ペースト（ＳＣＰ）、導電性接着フィルム（ＳＣＦ）及び異方導電性接着剤（ＡＣＦ）のいずれかを用いてもよい。この場合、製造コストの面では不利であるが、凹凸３２ｃ及び凹凸２４ｃによる電気的な接続に加えて、導電性粒子等による電気的な接続も得られるので、接続がより確実となり、接触抵抗がより低減される。また、接着層１０６は、導電性材料を含まない絶縁性の物質（例えば樹脂）としてもよい。この場合、凹凸２４ｃ又は凹凸３２ｃの領域のみならず、電極部２４と接続部材１０４との接触部を除く他の領域を全て覆ってもよい。この場合、凹凸２４ｃ又は凹凸３２ｃの凸部にて電極部２４と接続部材１０４とが電気的に接触し、凹凸２４ｃ又は凹凸３２ｃの凹部にて接着層１０６によって電極部２４と接続部材１０４とが接着される。
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、接続部材１０４はバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに接続される構成としたが、ｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐに接続される構成としてもよい。
第１の実施の形態では、接続部材１０４はバスバー２４ｂｎ及び２４ｂｐに接続される構成としたが、ｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐに接続される構成としてもよい。
図１０は、第２の実施の形態における接続部材１２０を示す平面図である。接続部材１２０は、太陽電池セル１０２のｎ側電極部２４ｎに接続されるｎ側配線３２ｎ及びｐ側電極部２４ｐに接続されるｐ側配線３２ｐを有する接続配線３２を備える。
図１１は、接続部材１２０を用いて太陽電池セル１０２を接続した太陽電池モジュール２００の裏面側からみた平面図を示す。また、図１２は、図１１のラインＢ−Ｂに沿った断面図であり、図１３は、図１１のラインＣ−Ｃに沿った断面図である。図１１では、接続状態を明確に示すために接続部材１２０の接続配線３２が透視されるように表しており、太陽電池セル１０２のｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐを同一のハッチングで示し、接続部材１２０の接続配線３２をそれとは逆向きのハッチングで示している。
互いに接続される太陽電池セル１０２の一方のｎ側電極部２４ｎ上に接続部材１２０のｎ側配線３２ｎが重なり、他方の太陽電池セル１０２のｐ側電極部２４ｐ上に接続部材１２０のｐ側配線３２ｐが重なるように接続部材１２０が配置される（図中、ハッチングがクロス状態で示される領域）。そして、ｎ側電極部２４ｎとｎ側配線３２ｎ、及び、ｐ側電極部２４ｐとｐ側配線３２ｐが接着層１０６にて接続される。
このとき、図１２及び図１３に示すように、接続配線３２のｎ側配線３２ｎ及びｐ側配線３２ｐの表面に凹凸３２ｃが設けられる。凹凸３２ｃは、ｎ側配線３２ｎ及びｐ側配線３２ｐの少なくとも一部の領域に設ければよいが、全域に設けることがより好ましい。これにより、接続配線３２とｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐとの接続がより確実となり、接触抵抗を低減することができる。また、凹凸３２ｃは、ｎ側配線３２ｎ及びｐ側配線３２ｐの全面に設けてもよい。これにより、接続配線３２とｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐとの接続がより確実となり、接触抵抗をより低減することができる。また、領域を区別することなく凹凸３２ｃを形成すればよくなり、製造が簡素化し、製造コストを低減できる。
また、図１４及び図１５の断面図に示すように、ｎ側配線３２ｎ及びｐ側配線３２ｐに凹凸３２ｃを形成する代りに、太陽電池セル１０２のｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐに凹凸２４ｃを設けてもよい。これによって、ｎ側配線３２ｎ及びｐ側配線３２ｐに凹凸３２ｃを設けたのと同様に、導電性接着ペースト（ＳＣＰ）、導電性接着フィルム（ＳＣＦ）及び異方導電性接着剤（ＡＣＦ）のいずれかを用いなくても複数の太陽電池セル１０２を電気的に接続することができる。これにより、太陽電池モジュール１００の製造コストを低減することができる。もちろん、凹凸３２ｃ及び凹凸２４ｃを同時に設けてもよい。
ｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐに凹凸２４ｃを設ける場合も、凹凸２４ｃは、ｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐの少なくとも一部の領域に設ければよいが、全域に設けることがより好ましい。これにより、ｎ側電極部２４ｎ及びｐ側電極部２４ｐと接続部材１０４との接続がより確実となり、接触抵抗をより低減することができる。また、これにより、領域を区別することなく凹凸２４ｃを形成すればよくなり、製造が簡素化し、製造コストを低減できる。
なお、接着層１０６として、導電性接着ペースト（ＳＣＰ）、導電性接着フィルム（ＳＣＦ）及び異方導電性接着剤（ＡＣＦ）のいずれかを用いてもよい。この場合、製造コストの面では不利であるが、凹凸３２ｃ及び凹凸２４ｃによる電気的な接続に加えて、導電性粒子等による電気的な接続も得られるので、接続がより確実となり、接触抵抗がより低減される。
１０ 半導体基板、１２ｉ ｉ型非晶質層、１２ｎ ｎ型非晶質層、１４ 透明保護層、１６ｉ ｉ型非晶質層、１６ｎ ｎ型非晶質層、１８ｉ ｉ型非晶質層、１８ｐ ｐ型非晶質層、２０ 絶縁層、２２ 電極層、２２ａ 透明導電膜、２２ｂ 導電層、２４ 電極部、２４ａ 電極部、２４ｂ 電極部、２４ｂｎ バスバー、２４ｂｐ バスバー、２４ｎ ｎ側電極部、２４ｐ ｐ側電極部、３０ 基板、３２ 接続配線、３２ａ 第１領域、３２ｂ 第２領域、３２ｃ 凹凸、３２ｎ ｎ側配線、３２ｐ ｐ側配線、１００，２００ 太陽電池モジュール、１０２ 太陽電池セル、１０４，１２０ 接続部材、１０６ 接着層。
Claims (7)
- 主面のうち一方にｎ側電極部およびｐ側電極部が設けられた複数の裏面接合型太陽電池セルと、
前記複数の裏面接合型太陽電池セルの前記ｎ側電極部と前記ｐ側電極部との間を接続する接続部材と、
を備え、
前記ｎ側電極部および前記ｐ側電極部は、それぞれ、複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーを接続するバスバーと、を有し、前記ｎ側電極部の複数の前記フィンガーと、前記ｐ側電極部の複数の前記フィンガーとは、互いに櫛状に組み合わされ、
前記ｎ側電極部の前記バスバーの表面及び前記ｐ側電極部の前記バスバーの表面の少なくとも一方は凹凸を有し、前記凹凸を介して、前記ｎ側電極部の前記バスバーと前記接続部材とが電気的に接続され、前記ｐ側電極部の前記バスバーと前記接続部材とが電気的に接続されている太陽電池モジュール。 - 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記接続部材は、前記複数の裏面接合型太陽電池セルの１つの前記ｎ側電極部に接続されるｎ側配線と、前記ｎ側配線との電気的絶縁を維持しつつ当該裏面接合型太陽電池セルの前記ｐ側電極部に接続されるｐ側配線と、を備える太陽電池モジュール。 - 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ｎ型電極部および前記ｐ型電極部と前記接続部材との接続領域における前記凹凸は他の領域の凹凸よりも大きい太陽電池モジュール。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ｎ型電極部および前記ｐ型電極部と前記接続部材とは、絶縁性を有する樹脂にて接着されている太陽電池モジュール。 - 請求項４に記載の太陽電池モジュールであって、
前記凹凸の凸部において前記ｎ型電極部および前記ｐ型電極部と前記接続部材とが接触し、
前記凹凸の凹部において前記樹脂によって前記ｎ型電極部および前記ｐ型電極部と前記接続部材とが接着されている太陽電池モジュール。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記凹凸の高さは、１μｍ以上２００μｍ以下である太陽電池モジュール。 - 主面のうち一方のみにｎ側電極部およびｐ側電極部が設けられた複数の裏面接合型太陽電池セルの各々の集電電極に跨るように接続部材を配置する第１工程と、
前記集電電極と前記配線剤とを接着剤で接着する第２工程と、
を備え、
前記ｎ側電極部および前記ｐ側電極部は、それぞれ、複数のフィンガーと、複数の前記フィンガーを接続するバスバーと、を有し、前記ｎ側電極部の複数の前記フィンガーと、前記ｐ側電極部の複数の前記フィンガーとは、互いに櫛状に組み合わされており、
前記ｎ側電極部の前記バスバーの表面およびｐ側電極部の前記バスバーの表面の少なくとも一方に設けられた凹凸を介して、前記ｎ側電極部の前記バスバーと前記接続部材とを電気的に接続し、前記ｐ型電極部の前記バスバーと前記接続部材とを電気的に接続する太陽電池モジュールの製造方法。
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