JP2011210747A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池素子への応力集中を抑えて太陽電池素子の割れを防止する技術を提供する。
【解決手段】平板状の基板上に少なくとも一つの導電性ランド部を形成し、一方の面に第１電極が設けられ他方の面に第２電極が設けられた平板状の太陽電池素子の第２電極を前記基板の前記導電性ランド部に向けて当該太陽電池素子を配置し、前記太陽電池素子の前記第２電極及び前記基板上の導電性ランド部の間に接続部を部分的に介在させて前記非受光面側電極及び導電性ランド部を接続する際に前記接続部の介在によって生じた前記太陽電池素子の第２電極と前記導電性ランド部との間隙を１００μｍ以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽電池としては、例えば単結晶シリコンや多結晶シリコンを用いたものが広く知られている。

これらの結晶シリコンを用いた太陽電池においては、シリコンが露出した状態では化学的変化によって発電特性の低下を招くことがあり、また物理的な衝撃によって損傷することもあるので、シリコンを透明な強化ガラスなどで保護した太陽電池モジュールが利用されている。

なお、太陽電池の一つのセル（太陽電池素子ともいう）から得られる電力は小さいので、太陽電池素子を直列に接続したストリング、或いはこのストリングを更に並列に接続したマトリクスとし、所望の電力を得られるように構成するのが一般的である。このため、太陽電池素子をモジュール化する際には、太陽電池素子をストリング或いはマトリクスとした状態でラミネート加工する。

図１３は、従来の太陽電池素子の接続例を示す図、図１４は、従来の太陽電池モジュールの模式図である。

図１３に示すように、太陽電池素子１は、ｐ型シリコンウエハ１ｓの一方の面にリンを拡散してｐｎ接合を形成し、このｐｎ接合を形成した面（受光面）に上部電極（表面電極）１ｆを設け、ｐ型シリコンウエハ１ｓの裏面（非受光面）に下部電極（裏面電極）１ｂを設けた構成となっている。

上記構成により太陽電池素子１は、受光面に光を受けることで上部電極１ｆと下部電極１ｂの間に電力を生じ、上部電極１ｆが負極、下部電極１ｂが正極となる。この太陽電池素子１の下部電極１ｂと、隣接する太陽電池素子１の上部電極１ｆとをリボン線２のハンダ付けにより接続し、更にその隣接する太陽電池セル１の下部電極１ｂと、隣接する太陽電池セル１の上部電極１ｆとをリボン線２のハンダ付けで接続して所望の電圧が得られるよう繰り返し、ストリング７１を構成する。
そして、図１４に示すように、このストリング７１を強化ガラス等からなる透明保護層６０とバックシート６１との間に例えばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂などの充填材６２を介して挟み込み、真空下で加熱して充填材６２を溶融させた後、加圧して貼り合わせることによりラミネート加工する。その後、裏面保護のためにアルミニウム等からなるフレームを四辺に設ける。このようにして従来の太陽電池モジュールが作製される。

特開平６−１５１９３２号公報 特開昭６１−６９１７９号公報 特開平１１−２０４８１１号公報

上述のように複数の太陽電池素子１を接続してストリング７１を構成する場合、太陽電池素子間をリボン線２で接続しているが、このリボン線２は、２００μｍ程度の厚みＨａ（図１３）があり、このリボン線２との接続部分が不均一に厚くなるため、この太陽電池素子のリボン線２との接続部分に応力が集中し易い。ラミネート加工等時にも太陽電池素子１を透明保護層６０等と貼り合わせるために圧力を加えるので、太陽電池素子１が撓み、割れてしまう可能性があった。
そこで、本発明は、太陽電池素子への応力集中を抑えて太陽電池素子の割れを防止する技術の提供を目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の太陽電池モジュール及びその製造方法は次のように構成される。即ち、本発明の太陽電池モジュールは、
平板状の基板と、
前記基板上に形成された少なくとも一つの導電性ランド部と、
一方の面に第１電極が設けられ他方の面に第２電極が設けられた平板状の太陽電池素子と、
前記太陽電池素子の前記第２電極と前記導電性ランド部の間に部分的に介在して前記第２電極と導電性ランド部とを対向状態で接続する接続部と、を備え、
前記接続部の介在によって生じた前記太陽電池素子の前記第２電極と前記導電性ランド部との間隙が１００μｍ以下である。

前記接続部によって前記導電性ランド部と接続した太陽電池素子が、前記基板上に複数設けられ、かつ
一つの太陽電池素子の第２電極と接続された導電性ランド部が、他の太陽電池素子の第１電極又は第２電極と電気的に接続されても良い。

一つの太陽電池素子の第２電極と接続された導電性ランド部が、他の太陽電池素子の第１電極に配線材を介して電気的に接続されても良い。

第２電極を正極とする太陽電池素子と、第２電極を負極とする太陽電池素子とが前記導電性ランドを介して接続されても良い。

前記太陽電池モジュールがさらに保護層を備えてなり、
前記太陽電池素子の受光面側に前記保護層を配し、加圧することにより密着させて
も良い。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、
平板状の基板上に少なくとも一つの導電性ランド部を形成し、
一方の面に第１電極が設けられ他方の面に第２電極が設けられた平板状の太陽電池素子の第２電極を前記基板の前記導電性ランド部に向けて当該太陽電池素子を配置し、
前記太陽電池素子の前記第２電極及び前記基板上の導電性ランド部の間に接続部を部分的に介在させて前記非受光面側電極及び導電性ランド部を接続する際に
前記接続部の介在によって生じた前記太陽電池素子の第２電極と前記導電性ランド部との間隙を１００μｍ以下とする。

前記太陽電池モジュールの製造方法において、前記接続部によって前記導電性ランド部と接続した太陽電池素子が、前記基板上に複数設けられ、かつ
一つの太陽電池素子の第２電極と接続された導電性ランド部が、他の太陽電池素子の第１電極又は第２電極と電気的に接続しても良い。

前記太陽電池モジュールの製造方法において、一つの太陽電池素子の第２電極と接続された導電性ランド部が、他の太陽電池素子の第１電極に配線材を介して電気的に接続されても良い。

前記太陽電池モジュールの製造方法において、第２電極を正極とする太陽電池素子と、第２電極を負極とする太陽電池素子とが前記導電性ランドを介して接続されても良い。

前記太陽電池モジュールの製造方法において、前記太陽電池素子の受光面側に保護層を配し、加圧することにより密着させても良い。

本発明によれば、太陽電池素子への応力の集中を抑えて太陽電池素子の割れを防止する技術を提供できる。
従って、従来割れ防止のために設けていた強化ガラス保護層や金属フレーム等が不要となり、太陽電池モジュールの厚みや重量を低減できる。これにより、光電変換効率の高い結晶シリコン系太陽電池モジュールの軽量化・薄型化が図れ、輸送や取り扱いがしやすくなる。また建築構造物や自動車等の上部への設置の際にも、大面積の設置がしやすくなる、屋根や駆体の補強が不要になるなど大きな効果がある。

太陽電池モジュールの模式断面図 導電性ランド部の説明図 接続部４の説明図 太陽電池素子と基板との離間距離の説明図 太陽電池素子に圧力が加わった状態の説明図 太陽電池素子に圧力が加わった状態の説明図 太陽電池素子に圧力が加わった状態の説明図 太陽電池素子に圧力が加わった状態の説明図 太陽電池モジュールの製造方法の説明図 基板上に設けた導電性ランド部を示す平面図 太陽電池素子を直列接続した例を示す図 太陽電池素子等をセットしたラミネート装置の概略図 太陽電池モジュールの断面図 ジャンクションボックス部分の説明図 変形例１の太陽電池モジュールの断面図 従来の太陽電池素子の接続例を示す図 従来の太陽電池モジュールの模式図

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、太陽電池モジュール１０の模式断面図であり、図２は、図１に示した太陽電池素子１の電極部分を具体的に示した模式斜視図である。本実施形態の太陽電池モジュール１０は、平板状のガラスエポキシ基板５（以下基板５と表記）上に形成された導電性ランド部５ａと太陽電池素子１の下部電極（第２電極、裏面電極ともいう）１ｂを接続部４で接続し、後述のように封止材７及び保護層９で太陽電池素子１をラミネートしている。

太陽電池素子１は、光起電力効果によって光エネルギーを電力に変換する半導体層１ｓと、半導体層１ｓの受光面（図１では、基板５と対向する平面と反対側の面）側に設けられた上部電極（第１電極、表面電極ともいう）１ｆと、半導体層１ｓの非受光面（図１では、基板５と対向する平面）側に設けられた下部電極１ｂとを備えている。

半導体層１ｓは、例えば単結晶シリコンのインゴットから切り出したｐ型シリコンウエハ（基板）上にリンを拡散してｐｎ接合を形成したものである。なお、半導体層１ｓは、これに限らず多結晶シリコンを用いたものや、ｎ型シリコンウエハ上にｐｎ接合を形成したものや、ｎ型シリコンウエハ上にノンドープのアモルファスシリコン層とｐ型アモルファスシリコン層を順に積層したハイブリッド型太陽電池といった結晶シリコンウエハを用いたもの等であっても良い。
なお、半導体層１ｓとしてアモルファスシリコン、ＣＩＧＳやＣＩＳに代表される無機半導体材料、色素及び、有機半導体材料などを用いてもよいが、本願発明は結晶シリコンなどの脆性材料を用いた太陽電池に対して適用効果が高い。

半導体層１ｓの受光面側の全面には、半導体層１ｓで生じた電力を取り出す集電体でありながら入射光を遮らない透明電極１ｆｃが設けられている（図２）。透明電極としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化錫）、ＺＴＯ（亜鉛ドープ酸化錫）、ＡＺＯ（アルミニウムドープ酸化亜鉛）、ＧＺＯ（ガリウムドープ酸化亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）等の酸化物膜、ＡｇやＣｕをＩＴＯなどで挟んだ酸化物−金属複合膜などを用いうる。

更に透明電極１ｆｃ上には、半導体層１ｓで生じた電力を効率良く取り出すために、導電性の高い集電体としてＡｇ電極１ｆａが設けられている。

Ａｇ電極１ｆａは、太陽電池素子１の受光面上を図２中Ｘ方向に横断する複数の幹部ａａと、幹部ａａから櫛歯状に図２中Ｚ方向に伸びる複数の枝部ａｂとを有し、格子状に形成されている。このＡｇ電極１ｆａの幹部ａａにリボン線２が接続される。半導体層１ｓで発生した電荷は、透明電極１ｆｃを介してＡｇ電極１ｆａに達し、Ａｇ電極１ｆａの枝部ａｂから幹部ａａへ集まり、リボン線２へ流れる。

Ａｇ電極１ｆａはＡｇペーストを塗布し焼成するなどして形成される。また、透明電極１ｆｃ上のＡｇ電極１ｆａ以外の領域には、入射した光をできるだけ反射させずに発電効率を上げるため、窒化硅素や酸化硅素などの誘電体からなる反射防止層１ｆｂが形成されている。反射防止層１ｆｂは、例えばＣＶＤといった成膜方法で形成される。図３（Ａ）は上記Ａｇ電極１ｆａ及び反射防止層１ｆｂを設けた太陽電池素子１の受光面側平面図である。
なお、透明電極１ｆｃの電気抵抗が十分に低い場合には、Ａｇ電極１ｆａを幹部ａａのみとし、枝部ａｂは必ずしも設けなくてもよい。太陽電池素子１の受光面積が増えるため好ましい。

また、半導体層１ｓの非受光面側には下部電極１ｂが設けられている。下部電極１ｂは必ずしも半導体層１ｓの非受光面側全面に設けなくてもよいが、光の透過を防ぐ光閉じこめ効果を得るためにも全面に設けるのが好ましい。下部電極１ｂはＡｇペースト、Ａｌペーストを塗布し焼成するなどして形成される。

ＡｇはＡｌより導電性が高いため半導体層１ｓで生じた電力を効率良く取り出すためには下部電極１ｂを全面Ａｇとするのが好ましいが、コスト低減のためには一部をＡｇとし他はＡｌ等とするのが好ましい。例えば、基板５上において、接続部４と対向する領域をＡｇ電極１ｂａとし、それ以外の領域をＡｌ電極１ｂｂとするのが好ましい。

図３（Ｂ）はＡｇ電極１ｂａ及びＡｌ電極１ｂｂを設けた太陽電池素子１の非受光面側平面図である。本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、Ａｇ電極１ｂａがＺ方向に延びる平行な３本のライン状に形成され、各Ａｇ電極１ｂａが接続部４と接続される（図２
）。

保護層９は、機械的強度、耐侯性、耐スクラッチ性、耐薬品性、ガスバリア性などを目的として形成される。太陽電池素子１の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。また太陽電池モジュール１０は光を受けて熱せられることが多いため保護層９も耐熱性を有することが好ましく、保護層９の構成材料の融点は通常１００℃〜３５０℃である。

保護層９の材料はこれら特性を考慮して選ぶことができ、特に限定はされないが、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、（水添）エポキシ樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。

中でも好ましくはフッ素系樹脂が挙げられ、その具体例を挙げるとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、４−フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリ３−フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。

なお、保護層９は２種以上の材料で形成されていてもよく、また保護層９は単層であっても２層以上からなる積層体であってもよい。

保護層９の厚みは特に規定されないが、通常１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで可視光の透過率が向上する傾向にある。

封止材層７は、通常、太陽電池素子１の封止と保護層９の接着を目的として設けられるが、機械的強度、耐侯性、ガスバリア性などの向上にも寄与している。また少なくとも太陽電池素子１の受光面側の封止材層７は、保護層９と同様、可視光を透過させ耐熱性の高いものが好ましい。

封止材層７の材料、すなわち封止材はこれら特性を考慮して選ぶことができ、特に限定はされないが、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、（水添）エポキシ樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。

中でも好ましくはエチレン系共重合体樹脂が挙げられ、より好ましくはエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂またはエチレンと他のオレフィンとの共重合体からなるポリオレフィン系樹脂が挙げられる。例えば、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・α−オレフィン共重合体等からなる樹脂等である。

エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂組成物は、通常、耐候性の向上のために架橋剤を配合して架橋構造を構成させ、ＥＶＡ樹脂とする。架橋剤としては、一般に１００℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が用いられる。例えば、２，５−ジメチルヘキサン；２，５−ジハイドロパーオキサイド；２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン；３−ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド等が挙げられる。有機過酸化物の配合量はＥＶＡ樹脂１００重量部に対して通常１〜５重量部である。また架橋助剤や、接着力向上の目的でシランカップリング剤、安定性を向上させる目的でハイドロキノン等を含有させてもよい。

プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体としては通常、プロピレン系重合体と軟質プロピレン系共重合体を適切な組成で配合した熱可塑性樹脂組成物が用いられる。

なお封止材層７は２種以上の材料で形成されていてもよく、また封止材層は単層であっても２層以上からなる積層体であってもよい。

封止材層７の厚みは、特に限定されないが、通常１００μｍ以上、好ましくは１５０μｍ以上、より好ましくは２００μｍ以上であり、また通常３ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下である。厚みを厚くすることで太陽電池パネルの機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで可視光の透過率が向上する傾向にある。

なお、太陽電池素子１の劣化を防止するため、太陽電池素子１の受光面側にＵＶ吸収層を設けてもよい。例えば、封止材層７上にＵＶ吸収剤を塗布してもよいし、封止材層７上にＵＶ吸収剤を含むフィルム等を積層してもよい。或いは、封止材７や保護層９そのものにＵＶ吸収剤を含ませてもよい。

基板５は、ガラス繊維製の布（クロス）を重ねたものに、エポキシ樹脂を含浸させ、矩形の平板上に整形したガラスエポキシ基板であり、少なくとも一方の面に銅層及びニッケル層を積層して形成された導電性ランド部５ａを有している。なお、基板５は、所謂プリント基板であれば良く、ガラスエポキシ基板に限らず、紙フェノール基板（ベーク基板）、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、テフロン（登録商標）基板、アルミナ基板などであっても良い。

基板５の厚さは、剛性を十分に保てる厚さであればよく、例えば０．５〜３ｍｍ程度である。

また、基板５は、太陽電池素子１の保護のため、剛性の高いリジッド基板が望ましいが、太陽電池モジュール１０を設置した際に設置面等によって十分な剛性が得られる場合には、フレキシブル基板を用いてもよい。

導電性ランド部５ａは、基板５上に、太陽電池素子１の接続方向に間隔を空けて複数個設けられる。各導電性ランド部５ａは、図２に示すように、通常、太陽電池素子１の底面と同じか、やや大きく形成され、少なくとも一部が電極引き出し部５ｂとして使用される。例えば、電極引き出し部５ｂは、高さ方向（ｙ方向）で太陽電池素子１と重ならない部分、即ち、導電性ランド部５ａ上の所定位置に太陽電池素子１を載置し、上方から平面視したときに導電性ランド部５ａが太陽電池素子１からはみ出す部分が電極引き出し部５ｂとして使用される。或いは、図４に示すように、太陽電池素子１の接続方向と直交する方向に配された矩形の一辺から夫々延出する、リボン線２の幅と同じか、それより広い幅を有する延出部を電極引き出し部５ｂとして備えた導電性ランド部５ａを形成することもできる。但し、延出部の数やその延出方向は、図４の例に限られない。

導電性ランド部５ａの面積は本発明の実施に大きな悪影響が無い範囲で適宜決めることができるが、少なくとも、下部電極１ｂから所望の電流を取り出せる大きさ、例えば下部電極１ｂのＡｇ電極１ｂａに対応する大きさとする。従って、導電性ランド部５ａの面積は、Ａｇ電極１ｂａに対応する大きさ以上であって太陽電池素子１の底面と同じか、やや大きい程度までの範囲とする。導電性ランド部５ａの面積はこの範囲で大きい方が好ましい。なお、導電性ランド部５ａは、隣接する導電性ランド部５ａとの絶縁性を確保するための不要部分だけを削除して導電性ランド部５ａの面積を最大限大きくとっても良い。導電性ランド部５ａを大きくとると、剛性を高めることができ、また導電性ランド部５ａをサブトラクティブ法により設ける場合に作成時間が短縮でき、コストも削減できる。

また、導電性ランド部５ａは基板５の両面に設けてもよい。このように基板５の両面に導電性ランド部５ａを設けることで、更に剛性を高めることができ、また基板の両面の状態を同じようにでき、反りを防止できる。また、基板５上の太陽電池素子１同士を電気的に接続させるに当たり、スルーホールと裏面の導電性ランド部５ａを利用して接続させてもよい。

この導電性ランド部５ａ上に、接続部４としてのＡｇペーストを所定パターンでスクリーン印刷し、このパターン上に下部電極１ｂを下側（基板５側）に向けて太陽電池素子１を載置し、リフロー炉で加熱することで基板５の導電性ランド部５ａと太陽電池素子１の下部電極１ｂを接続する。本実施形態の接続部４は、図３（Ｂ）に示すＡｇ電極１ｂａと同形のパターンで形成される。

ここで、接続部４の厚み、即ち接続部４が介在することによる太陽電池素子１と導電性ランド部５ａとの離間距離Ｈ１は、１００μｍ以下としている。離間距離Ｈ１を１００μｍ以下とすることで接続部４に応力が集中したときに太陽電池素子１が割れる可能性を低減する。なお、離間距離Ｈ１を小さくすれば、太陽電池モジュール１０に上方からの圧力が加わり、太陽電池素子１が接続部４を支点として撓むときに、その下方に位置する導電性ランド部５ａによって限界を超えて撓むことが抑止される作用が大きくなるので、ラミネート加工時の加圧等、予期される圧力によって太陽電池素子１の割れが生じないように、離間距離Ｈ１の上限値を７０μｍ以下、更には５０μｍ以下とするのが望ましい。

一方、接続部４のスクリーン印刷又は塗布を均一の厚さで行うためにはある程度の厚みがあることが好ましく、例えば離間距離Ｈ１は５μｍ以上とするのが好ましい。Ａｇペースト等の導電性接着剤は、導電フィラーやバインダーの種類等によって最適な膜厚が決まるため、Ａｇ電極１ｂａやＮｉの導電性ランド部５ａとの接続性が良好なＡｇペーストやＮｉペーストといった材料を選択する場合、離間距離（接続部４の厚み）Ｈ１の下限値は１０μｍ以上、更には２０μｍ以上とするのが好ましい。

接続部４は太陽電池素子１からの電流を導電性ランド部５ａに支障なく伝えられる導電性を有していればよく、材料は限定されない。例えばＡｇペースト等の導電性接着剤を焼成したもの、導電性テープなどの弾性体、などで形成しうる。導電性テープとしては、例えば銅やアルミニウムなどの金属箔の両面に導電性粘着層を形成したものを用いうる。

なお、接続部４が弾性又は可撓性を有する弾性体からなる場合、加圧時の厚みをＨ１とする。加圧の程度は、例えば真空ラミネータでラミネートする際にかかる圧力や太陽電池モジュール１０を搬送する際にかかる圧力といった製造時の圧力や、太陽電池モジュール１０を設置する際に想定される圧力、受光面の清掃といった太陽電池モジュール１０の使用時に想定される圧力に基づいて決定する。接続部４が弾性体からなる場合、撓みによる応力を一部吸収できるため好ましい。

また、接続部４間の間隔Ｄ１は、任意に設定して良いが、太陽電池素子１に圧力が加わった場合の撓みの程度は、間隔Ｄ１によっても影響を受けるので間隔Ｄ１を所定の範囲としても良い。間隔Ｄ１の望ましい範囲は、間隔Ｄ１を広くとる場合と、間隔Ｄ１を狭くとる場合の２種類がある。まず、間隔Ｄ１を広くとる場合の下限値は４０ｍｍ以上が望ましく５０ｍｍ以上がより望ましく、間隔Ｄ１を広くとる場合の上限値は１００ｍｍ以下が望ましく９０ｍｍ以下がより望ましい。下限値以上であるとたわみ方がゆるやかで割れにくく、上限値以下であると下部電極１ｂからランド部５ａへ電流が効率よく流れて発電効率がよくなる。

或いは間隔Ｄ１を狭くとる場合の下限値は３ｍｍ以上が望ましく５ｍｍ以上がより望ましく、間隔Ｄ１を狭くとる場合の上限値は２０ｍｍ以下が望ましく１０ｍｍ以下がより望ましい。下限値以上だとＡｇペーストや導電性テープなどの材料の使用量を抑えて効果的に使用でき、上限値以下だとたわみにくく割れにくい。

上記間隔Ｄ１を広くとった場合の範囲と狭くとった場合の範囲の中間(以下、中間範囲
と称す)、即ち間隔Ｄ１を２０ｍｍより広く４０ｍｍより狭くとった場合に撓みの影響が
大きくなる。

図５Ａ−図５Ｄは太陽電池素子１に圧力が加わった場合の間隔Ｄ１と撓み具合の関係を示す図である。なお、本実施形態の結晶シリコンウエハを用いた太陽電池素子１は柔軟な部材ではないが、図５Ｂ−図５Ｄでは説明のため、撓みを誇張して示している。

図５Ａは圧力が加わっていない状態、図５Ｂは間隔Ｄ１を前記中間範囲とした場合に太陽電池素子１に受光面側から基板側への圧力が加わり、太陽電池素子１が基板５に向けて凸に撓んでいる状態を示している。図５Ｃは間隔Ｄ１を広くとって前記望ましい範囲（４０ｍｍ〜１００ｍｍ）とした場合に図５Ｂと同様に圧力が加わった状態、図５Ｄは間隔Ｄ１を狭くとって前記望ましい範囲（３ｍｍ〜２０ｍｍ）としたとった場合に図５Ｂと同様に圧力が加わった状態を示している。

図５Ｂ，図５Ｃに示す例では、圧力が加わって太陽電池素子１が撓んだ場合、間隔Ｄ１の広い方（図５Ｃ）が間隔Ｄ１の狭い方（図５Ｂ）よりも撓みの曲率半径が大きくなるので撓みの影響が少ない。

一方、間隔Ｄ１を図５Ｄに示すように図５Ｂよりも狭く（２０ｍｍ以下）した場合には、接続部４で太陽電池素子１が緊密に保持され、撓み量が少なくなるので、撓みの影響も少ない。

このため、本実施形態のように、接続部Ｈ１を１００μｍ以下とした場合、間隔Ｄ１を３ｍｍ以上２０ｍｍ以下或いは４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とするのが望ましい。

また、接続部４の太陽電池素子１の下部電極１ｂとの接触面積は特に限定されないが、下部電極１ｂの２％以上とするのが望ましい。より望ましくは４％以上である。この接続部４の接触面積を大きくすると、上記間隔Ｄ１を小さくした場合と同様に、接続部４で太陽電池素子１を密に支持することができ撓みの影響を少なくできる。また太陽電池素子１からの電流が導電性ランド部５ａに流れやすい利点がある。一方、当該接触面積を大きくしすぎると冗長であるため、接触面積は５０％以下とするのが望ましい。より望ましくは２０％以下である。
接触部分は、少なくとも下部電極１ｂのうちＡｇで形成された領域に対応させて設けるのが好ましい。

そして、太陽電池素子１を直列接続する場合には、導電性ランド部５ａの電極引き出し部５ｂと太陽電池素子１の上部電極１ｆとをリボン線２で接続する。図４は電極引き出し部５ｂと上部電極１ｆをリボン線２で接続した状態を示す模式斜視図である。

このようにリボン線２と電極引き出し部５ｂとを太陽電池素子１と重ならない位置で接続しているので、リボン線２と電極引き出し部５ｂとの接続に用いられるハンダ６（図１）が厚くなったとしても、リボン線２と太陽電池素子１が接触或いは近接することが避けられるので、これにより太陽電池モジュール１０の変形によってリボン線２による太陽電池素子１への応力発生の影響を小さくでき、リボン線２を要因とする太陽電池素子１の割れを防止できる。

次に太陽電池モジュール１０の製造方法について説明する。図６は、本実施形態の太陽電池モジュール１０の製造手順を示す。
まず、基板５に所定パターンの導電性ランド部５ａを形成する（ステップＳ１）。例えば絶縁基板の全面に形成されたＣｕの導電性層のうち、不要部分をサブトラクティブ法により除去し、図７に示すような所定パターンの導電性層を導電性ランド部５ａとして残す。また、絶縁基板上にアディティ部法により、導電性層を析出させて導電性ランド部５ａを形成しても良い。なお、図７では、電流が流れる方向に１つの電極引き出し部５ｂとして使用される延出部を有する複数の導電性ランド部５ａが基板５上に形成された例が示されている。

また、このように形成したＣｕ層上にＮｉ、Ａｕ、Ｒｈなどの層を設けることが好ましい。特にＣｕ層上にＮｉ層を設けることが好ましい。図１，図２には、導電性ランド部５ａをＣｕ層及びＮｉ層で形成した例が示されている。Ｎｉは剛性が高いため、太陽電池モジュール１０の剛性を高めることができ、かつ低コストである。製造法としては、Ｃｕ層をサブトラクティブ法により設けたのち、Ｃｕ層を電極としてメッキしＮｉ層を析出させるのが好ましい。

導電性ランド部５ａの厚みは、剛性を高めるため、例えば３０μｍ以上とする。また、材料の使用量を抑えるため導電性ランド部５ａの厚みを例えば通常２００μｍ以下としても良い。

次にＡｇペーストをスクリーン印刷することにより、接続部４を基板５の導電性ランド部５ａ上に印刷形成し（ステップＳ２）、この接続部４上に太陽電池素子１を載置して（ステップＳ３）、リフロー炉で加熱し（ステップＳ４）、接続部４を硬化させて太陽電池素子１の下部電極１ｂと上部電極１ｆを接続する。

また、各導電性ランド部５ａの電極引き出し部５ｂと太陽電池素子１の上部電極１ｆ上にはんだペーストを塗布し、隣接する電極引き出し部５ｂから上部電極１ｆへリボン線２を配して加熱し、半田付けすることにより隣接する太陽電池素子１を電気的に接続する（ステップＳ５）。図８は、電極３１から電極３２にかけて太陽電池素子１をミアンダ状で直列に接続した例（ストリングを形成した例）を示している。

そして、ラミネート装置２０に、太陽電池素子１を実装した基板５、その太陽電池素子１側に封止材（ＥＶＡ）７、透明保護層（ＥＴＦＥ）９の順に重ねてセットする（ステップＳ６）。図９は、太陽電池素子１等をセットしたラミネート装置の概略図である。なお、太陽電池素子１等の積載順は上下逆でも良い。

ラミネート装置２０は、第１のチャンバ４１及び第２のチャンバ４２を備えており、第１のチャンバ４１及び第２のチャンバ４２がダイヤフラム（隔膜）４３により分離され、
それぞれバルブＶ１，Ｖ２を経て図示しない真空ポンプへと通じている。被ラミネート体４４としての太陽電池素子１等は、第２のチャンバ４２内に載置する。

そして第１のチャンバ４１及び第２のチャンバ４２を排気して真空状態にし（ステップＳ７）、第２のチャンバ４２のヒータ４５により、封止材７が溶融状態で、且つ架橋反応を起さない温度領域に加熱する（ステップＳ８）。

次いで第２のチャンバ４２を真空に保ったまま、第１のチャンバ４１内を大気圧に戻す。すると第１のチャンバ４１と第２のチャンバ４２内の圧力差によりダイヤフラム４３が第２チャンバ内側へ押され、被ラミネート体を加圧して圧着させる（ステップＳ９）。

次にＥＶＡが架橋反応を起こす温度領域まで被ラミネート体４４を加熱し、この温度を架橋反応が終了する迄の所定時間保持する（ステップＳ１０）。この所定時間経過後、冷却し（ステップＳ１１）、被ラミネート体、即ち太陽電池モジュール１０を取り出す。（ステップＳ１２）。

図１０は、図８で示した太陽電池素子１のストリングをラミネートした後のＡ−Ａ断面図である。図１０に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１０では、太陽電池素子１の下部電極１ｂが基板５上の導電性ランド部５ａと接続し、導電性ランド部５ａの電極引き出し部５ｂと隣接する太陽電池素子１の上部電極１ｆとをリボン線２で接続する構成であり、太陽電池素子１の下方にリボン線２が配置されず、太陽電池素子１が平坦で剛性の高い基板５に沿って保持される。

このように、本実施形態の製造方法であれば、接続部４が太陽電池素子１に及ぼす応力を低減でき、太陽電池素子１の割れを防止できる。

また、本実施形態の太陽電池モジュール１０は、剛性の高い基板５を有し、撓みの影響を受けにくく基板５に接続されているので、ガラスの保護層やアルミの枠体を用いる必要がなく、軽量化や薄型化図れる。このため、本実施形態の太陽電池モジュール１０は、建築構造物の屋根や壁面、自動車や船舶等の移動体の上部に好適に設置することができる。

本実施形態によれば、加圧時にも太陽電池素子１が割れにくいため、上述した真空ラミネータ以外に、一般的な加圧ローラなどを用いてラミネートを行うこともできる。ただし真空ラミネータを用いると太陽電池モジュール表面に凹凸があってもラミネート可能であるため好ましい。

封止材７としてＥＶＡに替えてエポキシ樹脂を用いてもよい。この場合、基板５の周囲に堰を設け、セル上に液状エポキシ樹脂を注ぎ、保護層９としてＥＴＦＥシートを載せたのち、放置又は加熱してエポキシ樹脂を硬化させる。当該エポキシ樹脂を用いた方法であれば加圧ラミネートは不要ある。なお、エポキシ樹脂には、作業性のよい１液型、輸送性や保存安定性に優れる２液型があり、必要に応じて選ぶことができる。

なお、本実施形態では、基板５の裏面側に電力を引き出す。図１１（Ａ）はジャンクションボックス５０を設けた箇所の断面図、図１１（Ｂ）はジャンクションボックス５０を設けた太陽電池モジュール１０の裏面側の平面図である。

図１１（Ａ）に示すように、表面側の電極３１，３２と裏面側の電極３１Ｂ，３２Ｂをスルーホール３１Ａ，３２Ａで電気的に接続し、裏面側の電極３１Ｂ，３２Ｂとジャンクションボックス５０の端子５１，５２とをハンダ等で電気的に接続している。その後接続部周辺をシリコーン系樹脂などの封止材で封止する。これにより太陽電池素子１のストリ
ングで発電した電力は、図１１（Ｂ）に示すようにジャンクションボックス５０の端子５１，５２と電気的に接続されたケーブル５１Ａ，５２Ａを介して外部へ出力される。

このようにジャンクションボックス５０を太陽電池モジュール１０の裏面側に設けることにより、ジャンクションボックス５０やケーブル５１Ａ，５２Ａが外部環境の影響を受けにくくなり、高い耐光性・耐候性が得られる。

なお、ジャンクションボックス５０は、太陽電池モジュール１０の裏面側に限らず、表面側に設けても良い。

例えば、封止材７としてのＥＶＡシートと保護層９としてのＥＴＦＥシートを全面に積層後、ラミネート前にジャンクションボックス接続部分のＥＶＡシート及びＥＴＦＥシートを除去する（例えば、四角く切り取る）。ラミネート後、ＥＶＡのはみ出しがあればこれも除去する。そして、露出した電極３１、３２とジャンクションボックス（図１１（Ａ）と同様の構成であるため図示を省略する）の端子とをハンダ等で接続し、ジャンクションボックス内の接続部周辺をシリコーン系樹脂などの封止材で封止する。

このようにジャンクションボックスを表面側に備えた太陽電池モジュール１０は、裏面に突起を設ける必要がないので、太陽電池モジュール１０を屋根などに設置する場合に好適である。この場合、耐光性・耐候性を上げるためにジャンクションボックスをカバー等で保護しても良い。

なお、基板５上に太陽電池素子１をいくつ形成してもよいが、通常、１〜４個程度である。

＜変形例１＞
図１２は変形例１の概略図である。図１０の例では、半導体層１ｓとしてｐ型のシリコンウエハ上にｐｎ接合を形成した太陽電池素子１（便宜上これをｐ型太陽電池素子１ｐとも称す）を用いたが、本例では導体層１ｓとしてｎ型のシリコンウエハ上にｐｎ接合を形成した太陽電池素子１（便宜上これをｎ型太陽電池素子１ｎとも称す）とｐ型太陽電池素子１ｐを交互に配置した。

ｎ型太陽電池素子１ｎは、下部電極１ｂが負極、上部電極１ｆが正極となり、ｐ型太陽電池素子１と逆であるため、これらを直列接続する場合には、図１２に示したように、隣接するｎ型太陽電池素子１とｐ型太陽電池素子１とを同じ導電性ランド部５ａを介して接続し、ｐ型太陽電池素子１の上部電極１ｆを、異なる導電性ランド部５ａに載置されたｎ型太陽電池素子１の上部電極１ｆとをリボン線２で接続する。

このように、図１２に示す例では、図１０に示す例に比べて、リボン線２で接続する箇所を一部省略でき、製造工程を簡略化できる。これにより太陽電池モジュール１０を安価に製造できる。また、隣接する太陽電池素子１との間に電極引き出し部５ｂを設ける必要がなく、太陽電池素子１の実装密度を高めることができる。
一方、図１０の例では、１種類の太陽電池素子のみを使用するので汎用的に用いうる。

１０ 太陽電池モジュール
１ 太陽電池素子
２ リボン線
４ 接続部
５ 基板
５ａ 導電性ランド部５ａ
７ 封止材
９ 保護層

Claims (7)

1. 平板状の基板と、
   前記基板上に形成された少なくとも一つの導電性ランド部と、
   一方の面に第１電極が設けられ他方の面に第２電極が設けられた平板状の太陽電池素子と、
   前記太陽電池素子の前記第２電極と前記導電性ランド部の間に部分的に介在して前記第２電極と導電性ランド部とを対向状態で接続する接続部と、を備え、
   前記接続部の介在によって生じた前記太陽電池素子の前記第２電極と前記導電性ランド部との間隙が１００μｍ以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記接続部によって前記導電性ランド部と接続した太陽電池素子が、前記基板上に複数設けられ、かつ
   一つの太陽電池素子の第２電極と接続された導電性ランド部が、他の太陽電池素子の第１電極又は第２電極と電気的に接続されてなる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 一つの太陽電池素子の第２電極と接続された導電性ランド部が、他の太陽電池素子の第１電極に配線材を介して電気的に接続されてなる請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 第２電極を正極とする太陽電池素子と、第２電極を負極とする太陽電池素子とが前記導電性ランドを介して接続されてなる請求項２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記太陽電池モジュールがさらに保護層を備えてなり、
   前記太陽電池素子の受光面側に前記保護層を配し、加圧することにより密着させてなる請求項１〜４の何れか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 平板状の基板上に少なくとも一つの導電性ランド部を形成し、
   一方の面に第１電極が設けられ他方の面に第２電極が設けられた平板状の太陽電池素子の第２電極を前記基板の前記導電性ランド部に向けて当該太陽電池素子を配置し、
   前記太陽電池素子の前記第２電極及び前記基板上の導電性ランド部の間に接続部を部分的に介在させて前記非受光面側電極及び導電性ランド部を接続する際に
   前記接続部の介在によって生じた前記太陽電池素子の第２電極と前記導電性ランド部との間隙を１００μｍ以下とすることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記太陽電池素子の受光面側に保護層を配し、加圧することにより密着させる請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

Images