JP6176559B2

JP6176559B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP6176559B2
Application number: JP2012240427A
Authority: JP
Inventors: 俊行佐久間
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2014090128A

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

近年、環境負荷が小さなエネルギー源として、太陽電池モジュールに対する注目が高まってきている。例えば特許文献１には、裏面接合型の太陽電池を備える太陽電池モジュールが記載されている。特許文献１に記載の太陽電池モジュールでは、一の方向に沿って配された複数の太陽電池がフレキシブルプリント基板によって電気的に接続されることにより、太陽電池ストリングを構成している。隣り合う太陽電池ストリングは、フレキシブルプリント基板の配線がインターコネクタにより電気的に接続されることにより、互いに電気的に接続されている。

特開２００９−４３８４２号公報

特許文献１に記載の太陽電池モジュールでは、フレキシブルプリント基板の配線の面積が大きい。このため、配線に使用される銅などの材料コストが高い。

本発明の主な目的は、太陽電池モジュールの出力特性の低下を抑制しつつ、低コスト化を図ることにある。

本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池ストリングと、第２の配線材とを備える。太陽電池ストリングは、複数の太陽電池と、第１の配線材とを有する。複数の太陽電池は、第１の方向に沿って配されている。第１の配線材は、複数の太陽電池を電気的に接続している。複数の太陽電池ストリングは、第１の方向に対して交差する第２の方向に沿って配されている。第２の配線材は、第２の方向において隣り合う太陽電池ストリング同士を電気的に接続している。第２の配線材は、第１の配線材片と、第２の配線材片とを有する。第１の配線材片は、太陽電池ストリングの一の太陽電池に電気的に接続されている。第２の配線材片は、隣り合う太陽電池ストリングの一方の太陽電池ストリングに電気的に接続された第１の配線材片と、他方の太陽電池ストリングに電気的に接続された第１の配線材片とを電気的に接続している。第１の配線材片は、第２の配線材片が接続された位置から第２の方向に向かって、第１の方向における幅が狭くなっている。

本発明によれば、太陽電池モジュールの出力特性の低下を抑制しつつ、低コスト化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的裏面図である。図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。本発明の一実施形態における太陽電池の略図的裏面図である。本発明の一実施形態における複数の第１の配線材片を構成するための金属板の略図的平面図である。図５（ａ）は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分平面図である。図５（ｂ）は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分断面図である。図６（ａ）は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分平面図である。図６（ｂ）は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分断面図である。図７（ａ）は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分平面図である。図７（ｂ）は、本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分断面図である。本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分平面図である。本発明の一実施形態における太陽電池モジュールの製造工程を説明するための模式的部分平面図である。第１の変形例における第１の配線材片の略図的平面図である。第２の変形例における第１の配線材片の略図的平面図である。第３の変形例における太陽電池モジュールの略図的部分断面図である。絶縁シートの略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１及び図２に示されるように、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池ストリング１０を備えている。図２に示されるように、複数の太陽電池ストリング１０は、第１の保護部材１１と、第２の保護部材１２との間に配されている。第１の保護部材１１は、太陽電池ストリング１０の太陽電池２０の受光面２０ａ側に位置している。第２の保護部材１２は、太陽電池２０の裏面２０ｂ側に位置している。第１の保護部材１１と第２の保護部材１２との間には封止材１３が設けられている。この封止材１３により複数の太陽電池ストリング１０が封止されている。

第１の保護部材１１は、例えば、ガラス基板、樹脂基板等の透光性を有する部材により構成することができる。第２の保護部材１２は、例えば、樹脂シート、金属箔を介在させた樹脂シート等の可撓性を有する部材により構成することができる。封止材１３は、例えば、架橋性樹脂により構成されていてもよいし、非架橋性樹脂により構成されていてもよい。封止材１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）などの樹脂により構成することができる。

図１に示されるように、複数の太陽電池ストリング１０は、ｙ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。また、複数の太陽電池ストリング１０は、それぞれ、ｘ軸方向に沿って配された複数の裏面接合型の太陽電池２０を有する。太陽電池ストリング１０および太陽電池２０の構成について、図１に示された最もｙ２側の太陽電池ストリング１０の構成に基づき説明する。

図２及び図３に示されるように、太陽電池２０は、光電変換部２３と、第１及び第２の電極２１，２２とを有する。

光電変換部２３は、第１及び第２の主面２３ａ、２３ｂを有する。光電変換部２３の第１の主面２３ａが太陽電池２０の受光面２０ａを構成しており、第２の主面２３ｂが太陽電池２０の裏面２０ｂを構成している。光電変換部２３は、第１の主面２３ａで受光した際に、正孔や電子などのキャリアを生成させる部材である。なお、光電変換部２３の種類は特に限定されない。光電変換部２３は、例えば、結晶シリコン基板等を用いて構成することができる。

光電変換部２３の第２の主面２３ｂの上には、正孔及び電子の一方を収集する第１の電極２１と、正孔及び電子の他方を収集する第２の電極２２とが配されている。

第１の電極２１は、バスバー部２１ａと、複数のフィンガー部２１ｂとを有する。バスバー部２１ａは、光電変換部２３のｘ軸方向のｘ１側端部において、ｘ軸方向に対して交差する（典型的には直交する）ｙ軸方向に延びている。複数のフィンガー部２１ｂは、ｘ軸方向に延びており、ｙ軸方向に沿って所定の間隔をおいて配置されている。複数のフィンガー部２１ｂは、ｘ１側の端部において、バスバー部２１ａと電気的に接続されている。

第２の電極２２は、バスバー部２２ａと、複数のフィンガー部２２ｂとを有する。バスバー部２２ａは、光電変換部２３のｘ軸方向のｘ２側端部において、ｙ軸方向に延びている。複数のフィンガー部２２ｂは、ｘ軸方向に延びており、ｙ軸方向に沿って所定の間隔をおいて配置されている。複数のフィンガー部２２ｂは、ｘ２側の端部において、バスバー部２２ａと電気的に接続されている。第１の電極２１のフィンガー部２１ｂと、第２の電極２２のフィンガー部２２ｂとは、ｙ軸方向に沿って交互に配置されている。

なお、第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれの形状は上述した構成に特に限定されない。本実施形態では、第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれは、複数のフィンガー部と、バスバー部とを有するが、複数のフィンガー部のみにより構成されていてもよい。

図１及び図２に示されるように、各太陽電池ストリング１０において、複数の太陽電池２０は、各太陽電池２０間に配された第１の配線材３１によって電気的に接続されている。具体的には、ｘ１側に配置された太陽電池２０の第２の電極２２と、ｘ２側に配置された太陽電池２０の第１の電極２１とが、第１の配線材３１により電気的に接続される。第１の配線材３１は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ等の金属箔、金属箔の積層体、表面が半田等で覆われた金属箔、絶縁性フィルム及び絶縁性フィルム上に配された配線を有するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）などにより構成することができる。第１の配線材３１と太陽電池２０の裏面２０ｂとは、例えば樹脂接着剤や半田などにより接続されている。

上述した構成の太陽電池ストリング１０は、ｙ軸方向に沿って、隣接する太陽電池ストリング１０の電極２１，２２が互いに逆向きになるように配置される。すなわち、最もｙ２側の太陽電池ストリング１０において、ｘ１側に第１の電極２１、ｘ２側に第２の電極２２が配置されている場合、隣接する太陽電池ストリング１０ではｘ１側に第２の電極２２、ｘ２側に第１の電極２１が配置される。

ｙ軸方向において隣り合う太陽電池ストリング１０は、最もｘ１側の太陽電池２０同士が第２の配線材３２によって電気的に接続されている。また、最もｘ２側の太陽電池２０同士が第３の配線材３３によって電気的に接続されている。

ここで、第２の配線材３２の構成について、図４〜図８を参照して、第２の配線材３２の組み立て工程とともに説明する。なお、図４〜図７は、最もｙ２側の太陽電池ストリング１０における工程を表している。図４における破線は、第１部分３２１ａと第２部分３２１ｂとの境界を表している。第２の配線材３２は、第１の配線材片３２１と、絶縁性シート６０と、第２の配線材片３２２と、外部取り出し配線３２３とを有する。

まず、図４に示されるように、１枚の金属板から複数枚の第１の配線材片３２１を切り出す。第１の配線材片３２１は、矩形状の第１部分３２１ａと、二等辺三角形状の第２部分３２１ｂとから構成された金属板である。第１の配線材片３２１は、第１部分３２１ａの長辺と、第２部分３２１ｂの底辺とが共有された五角形形状となっている。第１の配線材片３２１は、銅を含むことが好ましく、銅または銅合金により構成されていることがより好ましい。もっとも、第１の配線材片３２１は、例えば、半田やアルミニウム、アルミニウム合金等により構成されていてもよい。

次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、第１の配線材片３２１は、太陽電池２０の第１、第２の電極２１，２２に電気的に接続される。具体的には、太陽電池ストリング１０の最もｘ１側において、第１の配線材片３２１の第１部分３２１ａの一部が、第１、第２の電極２１，２２のバスバー部２１ａ，２２ａに重なるように配置される。このとき、第１の配線材片３２１の第２部分３２１ｂの頂点Ａは、太陽電池２０のｘ１側端部の外側に位置するように配置される。第１部分３２１ａとバスバー部２１ａ、２２ａとは、樹脂接着層１８を介して接続される。樹脂接着層１８は、硬化物を含む樹脂接着剤であり、導電材を含んでいてもよい。

次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、第１の配線材片３２１上に絶縁性シート６０が配置される。絶縁性シート６０は、図１に示されるように、矩形形状であり、太陽電池モジュール１のｘ１側端部に位置する複数の太陽電池２０をほぼ覆うように構成されている。絶縁性シート６０は、第１の配線材片３２１の第１部分３２１ａの一部を覆う。絶縁性シート６０は、図１３に示されるように、３層構造であり、基材６０１と、基材６０１の両面に積層された接着層６０２とを含む。基材６０１を構成する材料としては、ポリイミドや、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）等が挙げられる。接着層６０２を構成する材料としては、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等が挙げられる。

次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、第１の配線材片３２１の第１、第２の電極２１、２２に接続されていない部分を、ｘ２方向に向かって折り曲げる。これにより、第１の配線材片３２１の第２部分３２１ｂおよび第１部分３２１ａの一部は、絶縁性シート６０上に位置することとなる。なお、第１の配線材辺３２１は、少なくとも第２部分３２１ｂの頂点Ａが絶縁性シート６０上に位置するように折り曲げられればよい。

次に、図８に示されるように、折り畳まれた第１の配線材片３２１の第２部分３２１ｂの頂点Ａに、第２の配線材片３２２および外部取り出し配線３２３が接続される。第２の配線材片３２２は、隣接する太陽電池ストリング１０を接続するとともに、太陽電池モジュール１の外部においてバイパスダイオードに接続される配線である。外部取り出し配線３２３は、太陽電池モジュール１から外部に電力を取り出す配線である。第１の配線材片３２１と、第２の配線材片３２２および外部取り出し配線３２３とは、半田などを用いて接合されていてもよいし、直接接合されていてもよい。また、第２の配線材片３２２および外部取り出し配線３２３は、例えば、金属箔により構成されていてもよい。

図１では、６つの太陽電池ストリング１０がｙ軸方向に沿って配置されている。ｙ軸方向の両端に配置された太陽電池ストリング１０には、外部取り出し配線３２３の一端が接続され、他端はそのまま外部に引き出される。ｙ軸方向の両端から２列目、３列目の太陽電池ストリング１０は、第２の配線材片３２２により互いに接続され、一端が外部に引き出される。すなわち、合計２本の第２の配線材片３２２と、合計２本の外部取り出し配線３２３とが外部に引き出される。具体的には、第２の配線材片３２２および外部取り出し配線３２３は、第２の保護部材１２を貫通し、第２の保護部材１２の太陽電池２０とは反対側の表面上にまで引き出されている。

以上の工程により、複数の太陽電池ストリング１０の最もｘ１側の太陽電池２０同士を接続する第２の配線材３２が構成される。

次に、第３の配線材３３の構成について、図９を参照して説明する。第３の配線材３３は、第１の配線材片３２１と、絶縁性シート６１と、第２の配線材片３３２とを有する。

第１の配線材片３２１は、第２の配線材３２の構成と同一である。また、第３の配線材３３における第１の配線材片３２１と絶縁性シート６１の組み立て工程は、第２の配線材３２の図５〜図７と同一である。ただし、絶縁性シート６１は、絶縁性シート６０と同一の構成であるが、絶縁性シート６０と比較して小さく、隣接する２つの太陽電池ストリング１０毎に配置されている。図１では、６つの太陽電池ストリング１０がｙ軸方向に沿って配置されているため、合計３つの絶縁性シート６１が配置されている。

第２の配線材片３３２は、隣接する２つの太陽電池ストリング１０を接続するための配線である。第２の配線材片３３２は、折り畳まれた第１の配線材片３２１の第２部分３２１ｂの頂点Ａに接続される。図１では、合計３つの第２の配線材片３３２が配置されている。

以上のような構成の第２の配線材３２および第３の配線材３３により、複数の太陽電池ストリング１０は直列に接続される。

以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１では、太陽電池２０の電極（第１、第２の電極２１，２２）と各配線（第２の配線材辺３２２、３３２、外部取り出し配線３２３）との接続に五角形の金属板である第１の配線材片３２１を用いている。各配線は、第１の配線材片３２１の頂点Ａに接続されている。したがって、第１の配線材片３２１は、頂点Ａからｙ軸のｙ１軸方向およびｙ２軸方向に向かって、ｘ軸方向の幅が狭くなっている。言いかえれば、第１の配線材片３２１は、頂点Ａからｘ軸方向に向かって、ｙ軸方向の幅が広くなっている。このため、第１の配線材片３２１の頂点Ａ、すなわち電流密度が高くなる各配線との接続部近傍において、第１の配線材片３２１の電気抵抗を低く保つことができる。また、第１の配線材片３２１の面積を小さくすることができる。従って、太陽電池モジュール１の出力特性の低下を抑制しつつ、太陽電池モジュール１の低コスト化を図ることができる。

また、第１の配線材片３２１の面積を小さくできるため、第１の配線材片３２１の材料として銅を用いたとしても、銅に起因する封止材１３の着色を抑制することができる。

また、第１の配線材片３２１の頂点Ａは、第２部分３２１ｂが二等辺三角形のため、第１の配線材片３２１のｙ軸方向における中央に位置する。これにより、生成したキャリアの移動距離を短くすることができ、キャリアの抵抗損失を低減することができる。よって、太陽電池モジュール１の出力特性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、第１の配線材片３２１として、五角形の金属板を用いているが、これに限られない。例えば、図１０に示されるように、第１の配線材片３２１は、二等辺三角形の形状をしていてもよい。この場合、二等辺三角形の底辺部分を太陽電池２０の電極に接続し、頂点Ｂが絶縁性シート上に位置するように構成する。第１の配線材片３２１の形状を五角形または三角形とすることにより、１枚の金属板から効率よく多くの第１の配線材片３２１を得ることができる。

また、第１の配線材片３２１は、図１１に示されるように、矩形状の第１部分と、半円状の第２部分とから構成されていてもよい。この場合、第１部分の一部を太陽電池２０の電極に接続し、第２部分のｙ軸方向の中央部分の頂点Ｃが絶縁性シート上に位置するように構成する。

すなわち、第１の配線材片３２１は、頂点と定めた位置からｙ軸のｙ１軸方向およびｙ２軸方向に向かってｘ軸方向の幅が狭くなっているか、頂点からｘ軸方向に向かってｙ軸方向の幅が広くなっていればよい。このような構成により、上述した効果を得ることができる。なお、上述した例では、頂点Ａ、Ｂ、Ｃは、第１の配線材片３２１のｙ軸方向の中央部分に位置するが、中央部分からずれた位置に配置されたとしても、上述した効果を得ることができる。

また、本実施形態では、絶縁性シート６０は、基材６０１と、基材の両面に積層された接着層６０２とを含む。これにより、第２の配線材３２を組み立てた後、太陽電池モジュール１の製造時に加熱加圧することにより、絶縁性シート６０と第１の配線材片３２１とを接着することができる。

なお、本実施形態では、第１の配線材片３２１が樹脂接着層１８を介して太陽電池２０の電極に接続されているが、図１２に示されるように、第１の配線材片３２１と電極との間に絶縁性の基材９９を配置してもよい。基材９９は、例えば樹脂シートや無機酸化物からなるシート等により構成されていてもよい。これにより、屈曲部の曲率が大きくなることを抑制でき、屈曲部への応力を緩和することができる。

１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池ストリング
１３…封止材
２０…太陽電池
２１…第１の電極
２２…第２の電極
２３…光電変換部
２３ａ…第１の主面
２３ｂ…第２の主面
３１…第１の配線材
３２…第２の配線材
３２ａ…第１の配線材片

Claims

第１の方向に沿って配された複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を電気的に接続している第１の配線材とを有し、前記第１の方向に対して交差する第２の方向に沿って配されている複数の太陽電池ストリングと、
前記第２の方向において隣り合う太陽電池ストリング同士を電気的に接続している第２の配線材と、
を備え、
前記第２の配線材は、
前記太陽電池ストリングの一の太陽電池に電気的に接続された第１の配線材片と、
前記隣り合う太陽電池ストリングの一方の太陽電池ストリングに電気的に接続された前記第１の配線材片と、他方の太陽電池ストリングに電気的に接続された前記第１の配線材片とを電気的に接続している第２の配線材片と、
を有し、
前記第１の配線材片の前記第２の方向の中央部分か又は中央部分からずれた位置に前記第２の配線材片が接続され、前記第１の配線材片は、前記第２の配線材片が接続された位置から前記第１の方向に向かって、前記第２の方向の両方向における幅が広くなっている、太陽電池モジュール。
前記第１の配線材片は、前記第２の配線材片が接続された位置から前記第１の方向に向かって、前記第２の方向における幅が広くなっている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池と、前記第２の配線材片との間には、絶縁性シートが配置されている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
前記絶縁性シートは、基材と、前記基材の両面に積層された接着層とを含む、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
前記第１の配線材片の前記第２の配線材片が接続される位置は、前記第１の配線材片の前記第２の方向における中央部分である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第１の配線材片は、銅を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池は、
光電変換部と、
前記光電変換部の一主面の上に設けられた第１及び第２の電極と、
を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。