説明

導通材付き太陽電池セル、接続構造、太陽電池セルの接続方法

【課題】高価な材料の使用を低減させ、製造プロセスを簡略化させ、モジュール効率を向上させ、また、一層軽量な太陽電池ユニットを与える導通材付き太陽電池セルを提供する。
【解決手段】結晶系太陽電池セルと、当該結晶系太陽電池セルの表面上に配置された導通材と、を備え、前記導通材が、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、導通材付き太陽電池セル。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池ユニット及び太陽電池モジュールに関するものである。なお、本明細書では、太陽電池ユニットをフレームに組み込んだものを太陽電池モジュールという。
【背景技術】
【0002】
クリーンで枯渇しないエネルギーの供給手段として、従来から、太陽電池の研究・開発が盛んに行われている。その中で、シリコン単結晶、シリコン多結晶、あるいはシリコン単結晶にアモルファスシリコンを積層した太陽電池は、発電効率が優れているために現在の主流である。
【0003】
図5に、現在主流の結晶系太陽電池ユニット及びそれをフレームに組み込んだ太陽電池モジュールの断面模式図を示した。
導通材(半田)5a,5b付きの複数個の太陽電池セル4a,4bは、その導通材5(5a,5b)を介して接続部材(半田メッキ銅リボン等)6によって電気的に接続されており、これらを保護するように、光透過性及びコストの面で有利なエチレンビニルアセテートコポリマー(EVA)等の充填材層3(3a、3b)で封止されている。また、その表面側(上側)には、下面をエンボス加工した強化ガラス2が積層され、更にその上にMgF等からなる反射防止膜1が、スパッタリングや焼成等の方法で形成されている。そして、裏面側には、裏面保護材(通常、ポリフッ化ビニリデン樹脂)7及び裏面支持板(通常、鋼板や強化ガラス板)8を積層し、太陽電池ユニット(図5(b))としている。なお、充填材層3a、3bは通常同じ材料が用いられ、最終的には一つの充填材層3を構成する。
【0004】
次に、あらかじめ用意したアルミフレーム9に上記太陽電池ユニットを嵌め込み、太陽電池モジュールを完成する。このとき、太陽電池セルの大きさによっては中心部の強度が不足するので、保護的に補強アルミフレーム9aを設けることが多い。
【0005】
ところで、上記太陽電池モジュールの難点はなおコストがかかることである。太陽電池が一層普及していくためには、使用する部材のコスト削減や製造プロセスのコスト削減が更になされなければならない(以上、非特許文献1参照)。
【0006】
なお、太陽電池モジュールの一層のコスト削減のための工夫や改善は、多くの研究者及び企業で盛んになされている。例えば、特許文献1では、光起電力素子の光入射側に、所定の大きさのピッチの凹凸をもつ繊維状無機化合物を含浸させた透明有機高分子樹脂(EVA等)を載せることで、透明有機高分子樹脂にあり勝ちな表面への汚れ付着を防止し、長期屋外使用に耐えうる太陽電池モジュールを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平9−191115号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】濱川圭弘編「太陽光発電」―最新の技術とシステム―、2000年、株式会社シーエムシー
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上で述べた現在主流の太陽電池モジュールには、次のような諸問題がある。
(1)入射太陽光を効率よく利用するための、強化ガラス板2へのエンボス加工は製造工程を増やす。
(2)充填材層3に用いたEVAは、工程中又は長期の屋外曝露において、加水分解を受けて酸成分を生成し、電気接続部等を腐食させやすい(耐久性不良)。
【0010】
(3)太陽電池セル4の上に設けた導通材(半田)5は、環境面から近年は普通の半田ではなく、鉛フリー半田が用いられることが多くなってきた。このような鉛フリー半田は従来の半田に比べて融点が高く(260℃程度)、その温度以上の加熱が必要であり、そのため半田周辺材料も高温度に耐えなければならず、鉛フリー半田の普及に伴って半田周辺材料にも大きな制限が加わってきた。更に、普通の半田を含め鉛フリー半田材料は一旦溶解すると非常に流れやすいため、プロセスによっては半田が流れすぎて太陽光を受ける面積を減じさせる。
【0011】
(4)太陽電池セルを保護する目的、あるいはその裏面からの吸湿を防止する目的で用いるポリフッ化ビニリデン樹脂(裏面保護材)7は高価である。
(5)太陽光の反射を少なくし発電効率を増すために、強化ガラス板2の表面上に施すMgF等の金属薄膜からなる反射防止膜1の製膜は、原料無機材のスパッタリングや焼成等の方法を用いて行うので、高温の熱処理が必要であり、また用いる原料無機材は高価である。
(6)ねじれ等の応力に耐える強度を確保するために、鋼板や強化ガラスなどの裏面支持板8を使用したり、アルミフレーム9や補強アルミフレーム9aを使用するため、これらも材料コスト高及び重量増加につながっている。
【0012】
本発明は、このような諸問題を解決することであり、言い換えれば、高価な材料の使用を低減させ、製造プロセスを簡略化させ、モジュール効率を向上させ、また、一層軽量な太陽電池ユニット及び太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上で述べた諸問題は、互いに関連しあっているので、単一の部材、あるいは工程の一部の改良によって解決することは、必ずしも得策とは言えない。一部部材の変更は、他の部材の変更を余儀なくするからである。逆に言えば、特定の利点を複数の関連しあう部材で引き出すことが得策のように思える。このような観点から、本発明者は種々検討して、以下の発明を完成した。すなわち、本発明は、次のいくつかの発明を包含する。
【0014】
第1の発明は、図1に示すように、複数個の導通材5付き太陽電池セル(複数個の太陽電池セルは、通常、面一に平面的に配列される)4(4a,4b)と、これら太陽電池セル4同士を電気的に接続する接続部材6と、少なくとも太陽電池セル4の受光面側(上側)を保護する充填材層3とを備える太陽電池ユニットにおいて、太陽電池セル4の受光面上に(かつ、充填材層3の下側に)、上記充填材層3とは異なる性状のフィルム状光透過性樹脂層10が更に形成されていることを特徴とする太陽電池ユニットである。
なお、第1の発明では、図2に示すように、フィルム状光透過性樹脂層10におけるエンボス模様(微細凹凸模様)が無くとも光発電効率の向上がみられるが、エンボス模様(微細凹凸模様)を設けるほうが好ましい。
【0015】
第2の発明は、図3に示すように、複数個の導通材5付き太陽電池セル4と、これら太陽電池セル4同士を電気的に接続する接続部材6と、少なくとも太陽電池セル4の受光面側を保護する充填材層3とを備える太陽電池ユニットにおいて、前記充填材層3の上面に、更に、入射光を拡散させることのできるエンボス模様を付与したフィルム状光透過性樹脂層10が形成されていることを特徴とする太陽電池ユニットである。
ここで、エンボス模様の付与はフィルム状光透過性樹脂層10の片面でも両面でも構わない。加工性・作業性の点から選ぶ(通常は片面のみ)。また、片面にだけエンボス模様を付与する場合は、そのエンボス模様面はフィルム状光透過性樹脂層10の上面でも下面でもどちらでも構わない。これも加工性・作業性を考慮して適宜決める。
【0016】
第3の発明は、複数個の導通材5付き太陽電池セル4と、これら太陽電池セル4同士を電気的に接続する接続部材6と、少なくとも太陽電池セル4の受光面側を保護する充填材層3とを備える太陽電池ユニットにおいて、前記充填材層3は、熱硬化性樹脂及び/又はUV硬化性樹脂を含む樹脂で、その波長400〜1100nmの全エネルギーにおける光透過率は、加重平均で(すなわち、積分値で)80%以上の透明な樹脂層であることを特徴とする太陽電池ユニットである。
【0017】
第4の発明は、複数個の導通材5付き太陽電池セル4と、これら太陽電池セル4同士を電気的に接続する接続部材6と、少なくとも太陽電池セル4の受光面側を保護する充填材層3とを備える太陽電池ユニットにおいて、前記導通材5は、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤であることを特徴とする太陽電池ユニットである。
【0018】
第5の発明は、図1,2に示すように、複数個の導通材5付き太陽電池セル4と、これら太陽電池セル4同士を電気的に接続する接続部材6と、少なくとも太陽電池セル4の受光面側を保護する充填材層3とを備える太陽電池ユニットにおいて、前記太陽電池セル4の裏面(下面)側には、更に有機高分子樹脂からなるフィルム状セル裏面支持層11が形成されていることを特徴とする太陽電池ユニットである。
【0019】
上記第1〜第5の発明において、充填材層3の上側には、通常、ガラス製や透明樹脂製の光透過性表面部材2を積層する。
【0020】
また、以上で述べた第1〜第5の発明及びその他の発明は、これらのうちの任意の二つ又はそれ以上の発明を組み合わせて太陽電池ユニットを構築することもでき、更には、全部の発明を組み合わせて太陽電池ユニットを構築することもできる。
【0021】
本発明は、図4に示すように、上記太陽電池ユニットを成形樹脂製フレーム15に収納してなる太陽電池モジュールにも関する。ここで、太陽電池ユニットと成形樹脂製フレーム15との隙間は、通常、封止樹脂16によって封止する。
【0022】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
第1の発明におけるフィルム状光透過性樹脂層10の材料は、作業が容易で生産性が高い等の理由で、光硬化性又は熱硬化性を有する透明な樹脂が好ましい。また、太陽電池セル4の受光面上に形成させたフィルム状光透過性樹脂層10における光屈折率は、充填材層3における光屈折率よりも大きいことが好ましい。但し、フィルム状光透過性樹脂層10におけるエンボス模様は無くとも(あったほうが好ましいが)光発電効率は向上する。太陽電池セル4の受光面上に接するようにフィルム状光透過性樹脂層10を設けると、エンボス模様が無くとも光発電効率が向上する理由は分からないが、屈折により入射光が太陽電池セル4内に効率よく導入するからと推測している。
【0023】
なお、太陽電池セル4の受光面上へのフィルム状光透過性樹脂層10の形成とともに、そのフィルム状光透過性樹脂層10の片面へエンボス模様を付与する場合は、例えば、次のようにして行う。
(i)光硬化性又は熱硬化性を有する透明な樹脂(半硬化の状態)を太陽電池セル4の片面にラミネートする。
(ii)ラミネートした樹脂側に微細凹凸状のエンボス加工付きの型を押し当て、その微細凹凸模様を樹脂側へ転写させる。
(iii)光照射又は加熱処理をして樹脂を硬化させ、転写したエンボス模様を定着させる。
【0024】
ここで、フィルム状光透過性樹脂層10の材料樹脂として光硬化性樹脂を用いた場合、エンボス加工付きの型を用いる代わりに、エンボス模様のある透明プラスチックフィルムを型としてそのまま用い、重ね合わせ、光硬化させ、エンボス模様を付与することもできる。
【0025】
第1の発明で、太陽電池セル4の受光面上にフィルム状光透過性樹脂層10を形成させるときにエンボス模様(通常は片面)を付ける場合の凹凸模様は、凹凸のピッチが0.5〜1000μm、高低差は、0.5〜1000μmであることが好ましく、ピッチ1〜100μm、高低差1〜100μmであることがより好ましい。ここで、個々の凹凸の形状及びピッチは必ずしも一様である必要はなく、ランダムであっても構わない。
【0026】
また、第1の発明においては、フィルム状光透過性樹脂層10における光屈折率は、充填材層3における光屈折率よりも大きくなるように(すなわち、太陽電池セル4に近いほうの層が太陽電池セル4に遠いほうの層の光屈折率より大きくなるように)工夫する。
【0027】
第2の発明におけるフィルム状光透過性樹脂層10の材料樹脂についても、作業が容易で生産性が高い等の理由で、光硬化性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を、光もしくは熱によって硬化する透明な樹脂が好ましく用いられる。
【0028】
第2の発明で、エンボス模様のあるフィルム状光透過性樹脂層10を充填材層3と光透過性表面部材2との間に形成させる場合、そのフィルム状光透過性樹脂層10の厚みとしては、0.5〜2000μmが好ましく、光拡散及び吸収損失低減の点で、0.5〜500μmがより好ましく、0.5〜200μmが特に好ましい。フィルム状光透過性樹脂層10の光透過性としては、300〜1200nmの光をできるだけ多く透過することが好ましい。
【0029】
ここで、フィルム状光透過性樹脂層10における光屈折率は、充填材層3における光屈折率よりも小さくする方が好ましい。言い換えれば、太陽電池セル4に近いほうの層が太陽電池セル4に遠いほうの層の屈折率よりも大きくなるように工夫する。
【0030】
フィルム状光透過性樹脂層10の材料樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、PC(ポリカーボネート)、TAC(トリアセチルセルロース)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、PEI(ポリエーテルイミド)、ポリエステル、EVA(エチレン−ビニルアセテートコポリマー)、PCV(ポリ塩化ビニル)、PI(ポリイミド)、PA(ポリアミド)、PU(ポリウレタン)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、ブチラール樹脂、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー)、PVF(ポリフッ化ビニル)などのフッ素樹脂、シリコン樹脂、または、これらに熱硬化性あるいはUV硬化性を付与した樹脂組成物等が挙げられ、中でもアクリル樹脂、フッ素樹脂、PUで熱硬化性あるいはUV硬化性を付与した樹脂組成物が透明性、信頼性、加工性の点で好ましい。また、樹脂中に紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤、シランカップリング剤を適宜添加することが好ましい。これら添加剤としては、公知のもの(例えば、特開平9−191115号公報に記載されているもの)を使用することができる。
【0031】
第3の発明における充填材層3の材料樹脂は、上述したように、熱硬化性樹脂及び/又はUV硬化性樹脂を含む樹脂で、その波長400〜1100nmの全エネルギーに対する光透過率は、加重平均で(すなわち、積分値で)80%以上の透明な樹脂が好ましい。但し、フィルム状光透過性樹脂層10で用いた樹脂とは異なる樹脂を用いる。樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、PC(ポリカーボネート)、TAC(トリアセチルセルロース)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、PEI(ポリエーテルイミド)、ポリエステル、EVA(エチレン−ビニルアセテートコポリマー)、PCV(ポリ塩化ビニル)、PI(ポリイミド)、PA(ポリアミド)、PU(ポリウレタン)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、ブチラール樹脂、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー)、PVF(ポリフッ化ビニル)などのフッ素樹脂、シリコン樹脂、または、これらに熱硬化性あるいはUV硬化性を付与した樹脂組成物等が挙げられ、中でもアクリル樹脂、フッ素樹脂又はPUが、透明性、信頼性の点で好ましい。
【0032】
第4の発明で用いる高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤(導通材)の高分子樹脂としては、好ましくは、アクリル系ポリマー及び熱硬化性樹脂を含有する樹脂である。また、上記導電粒子は、好ましくは、接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個を分散させる。
このようなフィルム状接着剤は、半田の場合に比べ低い150℃程度以下の温度で熱圧着することで導通性が得られるため、半田付けの際によく見られるセル受光面上での部材の黄変を避けるとともに、作業効率を高め、製造コストを低減することができる。また、部材の選択の幅を広げることができる。
【0033】
第5の発明で用いるフィルム状セル裏面支持層11の材料樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、PC(ポリカーボネート)、TAC(トリアセチルセルロース)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)、PEI(ポリエーテルイミド)、ポリエステル、EVA(エチレン−ビニルアセテートコポリマー)、PCV(ポリ塩化ビニル)、PI(ポリイミド)、PA(ポリアミド)、PU(ポリウレタン)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、ブチラール樹脂、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー)、PVF(ポリフッ化ビニル)などのフッ素樹脂、シリコン樹脂、または、これらに熱硬化性あるいはUV硬化性を付与した樹脂組成物等が挙げられ、中でもアクリル樹脂、フッ素樹脂、PU、これらに熱硬化性あるいはUV硬化性を付与した樹脂組成物が信頼性、加工性の点で好ましい。
【0034】
ここで、フィルム状セル裏面支持層11の下側には、更に低吸湿性の発泡体層13が形成されていることが好ましく、一層好ましくは、金属薄膜などの反射膜12を挟み込むようにして、発泡体層13を形成させる。このような構造をとれば、高価なポリフッ化ビニリデンの使用を避けることができ、低コスト化が可能となる。
また、上記発泡体層13は、その発泡体積の50%以上が独立気泡であることが好ましい。
【0035】
また、フィルム状セル裏面支持層11と発泡体層13との間には、更に反射膜12が形成されていることが好ましく、その反射膜12は、通常、アルミニウム又はアルミニウム含有合金の金属薄膜が好ましい。
【0036】
第1〜第5の発明において、充填材層3の上側には、通常、光透過性表面部材2を積層する。その場合の光透過性表面部材2としては、ガラス、強化ガラス、有機ガラスのほか、アクリル板等の透明有機樹脂板などがあり、好ましくは、強化ガラスである。
【0037】
充填材層3の上側に光透過性表面部材2を積層した場合、その光透過性表面部材2の表面側(上側)に、更に反射防止膜1を形成させることが好ましい。できるだけ多くの外部光を太陽電池セル4に供給させるためである。ここで、反射防止膜1は、MgFのような従来利用されているような反射防止膜を使用することができるが、好ましくは、有機高分子系材料、含フッ素有機高分子系材料、低温ゾルゲル系材料又はポリシラザン系材料等の塗布型材料からつくる。このような塗布型の有機材料を使用すれば、簡便な塗布方法及び低温硬化が可能となり、他の工程との共通化も可能である。塗膜の厚みは、好ましくは10〜300nmである。また、反射防止膜1の光屈折率は光透過性表面部材2の光屈折率よりも小さくすることが好ましい。
【0038】
このような反射防止膜1の形成方法としては、例えば、硬化後に膜厚10〜300nmが得られるように適宜希釈したのち、スピンコート、スプレーコート、ディップコート等の方法により所望の膜厚を得ることができ、中でもスプレーコートがコスト的には最も好ましい。また、光透過性表面部材2としてガラス板を用いた場合は、密着性を向上させるために適宜プライマー処理を行うことが好ましい。また、後述するように、太陽電池モジュール組立の最後の封止樹脂の硬化と同時に行うことにより、従来の無機材を用いた場合における800℃程度の焼成が不要となり、昇温及び降温に要する時間短縮と、焼成エネルギーのコスト削減が可能となる。
【発明の効果】
【0039】
(1)第1の発明によれば、入射太陽光を効率よく利用できる。その理由は、太陽電池セル4の受光面上のフィルム状光透過性樹脂層10における光の屈折により入射光が太陽電池セル内に効率よく導入されるからと推定している。また、強化ガラス板等の光透過性表面部材2にエンボス模様を付与することは不要となる。
(2)第2の発明によれば、充填材層3の上側に形成したフィルム状光透過性樹脂層10におけるエンボス模様が入射太陽光を拡散させるので、入射太陽光を効率よく利用できる。また、フィルム状光透過性樹脂層10にエンボス模様を付与することは、強化ガラス板にエンボス模様を付与する処理に比べて、簡単である。
(3)第3の発明によれば、充填材層3に、熱硬化性樹脂及び/又はUV硬化性樹脂を含む透明な樹脂を用いるので、工程中又は長期の屋外曝露においても、加水分解を受けることは少なく、したがって、電気接続部等を腐食させず、耐久性が良い。
【0040】
(4)第4の発明によれば、導通材5として、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤を用いるので、半田又は鉛フリー半田を用いた場合のような高温度(260℃程度以上)の加熱は不要であり、そのため導通材周辺材料も高温度に耐える必要は無い。導通材周辺材料の選択における制限が少ない。また、半田を用いた場合の半田の溶けすぎ(流れすぎ)で生じる太陽光受光面積の減少も生じにくい。また、半田を用いる場合に比べ、作業も容易である。
(5)第5の発明によれば、太陽電池セル4の裏面(下面)側には、有機高分子樹脂(ポリフッ化ビニリデン樹脂は使わず)からなるフィルム状セル裏面支持層11が形成されているので、部材コストは削減できる。
(6)充填材層3の上側にガラス製や透明樹脂製の光透過性表面部材2を積層し、その上に、有機高分子系材料、含フッ素有機高分子系材料、低温ゾルゲル系材料又はポリシラザン系材料からつくった反射防止膜1を形成させたものでは、強化ガラス板表面上への高価なMgF等の金属薄膜の形成(スパッタリングや焼成等)は不要となり、したがって高温の熱処理も不要となる。また用いる材料コストも削減できる。
(7)本発明の太陽電池モジュールによれば、アルミフレームや補強アルミフレームを使用する代わりに、成形樹脂製フレーム15を使用するので、比較的軽量とすることができ、材料コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明に係る第一実施例の太陽電池ユニットで、(b)は縦断面図、(a)はその分解図。
【図2】本発明に係る第二実施例の太陽電池ユニットの分解図。
【図3】本発明に係る第三実施例の太陽電池ユニットで、(b)は縦断面図、(a)はその分解図。
【図4】本発明に係る第一実施例の太陽電池ユニットの製造法と、それに続く太陽電池モジュールの製造法を示す説明図。
【図5】従来例のシリコン結晶系の太陽電池ユニット及び太陽電池モジュールの断面模式図。(b)は太陽電池ユニット、(c)は太陽電池モジュール、(a)は太陽電池ユニットの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【0042】
添付図面を参照しながら、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明における図面は、特に説明のない限りは上側が外部光(主に太陽光)の入射面となるように描いている。
図1は、本発明に係る第一実施例の太陽電池ユニットを示すもので、(b)は縦断面図、(a)はその分解図である。ここで、分解図は理解のために各部材ごとに分割して描いたものであり、それぞれが単独で存在しうることを示すものではない。
【0043】
太陽電池ユニットは、面一で横並びに配列された複数個の導通材5付き太陽電池セル4(4a,4b)と、これら太陽電池セル同士を電気的に接続する接続部材6と、太陽電池セル4(4a,4b)の受光面側(上側)を保護する充填材層3と、その充填材層3の上に積層されたガラス製の光透過性表面部材2とを備えており、太陽電池セル4の受光面上(すなわち、太陽電池セル4の受光面と充填材層3との間)に、エンボス模様を付与したフィルム状光透過性樹脂層10が形成されている。
【0044】
充填材層3は、図1(b)に示すように太陽電池セル4の受光面側だけを保護するように形成させ、また、太陽電池セル4の裏面側には、フィルム状セル裏面支持層11を形成させ、その下側には、金属薄膜などの反射膜12を挟み込むようにして低吸湿性の発泡体層(樹脂フォーム)13を形成させている。なお、充填材層3は、太陽電池セル4全体を保護するように形成させてもよい。
【0045】
ここで注意するべき点は、フィルム状光透過性樹脂層10が太陽電池セル4(4a,4b)の受光面に接するように設けられていることであり、充填材層3はフィルム状光透過性樹脂層10よりも太陽電池セル4に遠い場所に位置していることである。太陽電池セル4の受光面に接するようにフィルム状光透過性樹脂層10を設けた場合、これを設けない場合やこれを太陽電池セル4から遠い上方に設けた場合よりも光発電効率が向上する。フィルム状光透過性樹脂層10にエンボス模様を付与しなくともそうである(図2参照)。その理由の詳細は分からないが、フィルム状光透過性樹脂層10における光の屈折により入射光が太陽電池セル4内に効率よく導入されるからと推定している。
【0046】
また、上記位置関係は、フィルム状光透過性樹脂層10における光屈折率が、充填材層3における光屈折率よりも大きい場合に、特に有効である。光が太陽電池セル4に効率よく導入されるためであろう。
【0047】
図2は、本発明に係る第二実施例の太陽電池ユニット(分解図)である。太陽電池セル4の受光面上に、エンボス模様を付与していないフィルム状光透過性樹脂層10を形成する点を除いて、上記図1と同様である。上で述べたように、フィルム状光透過性樹脂層10における光の屈折により入射光が太陽電池セル4内に効率よく導入されるのであろう。
【0048】
図3は、本発明に係る第三実施例の太陽電池ユニットで、(b)は縦断面図、(a)はその分解図である。
太陽電池ユニットは、面一で平面的に配列された複数個の導通材5付き太陽電池セル4(4a,4b)と、これら太陽電池セル4同士を電気的に接続する接続部材6と、太陽電池セル4(4a,4b)の受光面側(上側)を保護する充填材層3と、その充填材層3の上に積層された光透過性表面部材2とを備えており、光透過性表面部材2と充填材層3との間に、エンボス模様を付与したフィルム状光透過性樹脂層10が形成されている。
【0049】
ここで、充填材層3は太陽電池セル4全体を保護するように設けてもよいが、図3に示すように、受光面側だけを保護するようにしており、裏面側には第一実施例と同様に発泡体層13を設けている。
【0050】
また、この第三実施例では、充填材層3はフィルム状光透過性樹脂層10よりも太陽電池セル4に近い場所に位置することになる。このような位置関係の場合、充填材層3における光屈折率はフィルム状光透過性樹脂層10における光屈折率よりも大きいことが好ましい。太陽電池セル4に太陽光を効率よく導入するためである。
【0051】
次に、図4を用いて、本発明に係る第一実施例の太陽電池ユニットの製造法と、それに続く太陽電池モジュールの製造法を説明する。
二つの太陽電池セル4の表面に導通材5が配され、その二つの太陽電池セル4同士は、導通材5及び接続部材6を介して電気的に接続されている。また、太陽電池セル4の表面には多数の配線14が走っており、導通材5は配線14の上に配されている(図4(a2))。
【0052】
導通材5が存在しない太陽電池セル4上面の部分に、光透過性樹脂フィルム10をラミネートし、太陽電池セル4の裏面側にセル裏面支持フィルム11をラミネートする(図4(b1/b2))。
【0053】
太陽電池セル4の受光面側の光透過性樹脂フィルム10の上に、充填材層3aを形成する(図4(c))。なお、先に説明したように、充填材層3は太陽電池セル4に対して両面に同じ充填材(表面充填材3aと裏面充填材3b)を用意し、最終的には一つの充填材層3としてセル全体を保護するように設けてもよい。
【0054】
このような方法をとれば、充填材層3aを有機フィルム材料のように薄膜化することが可能となり、充填材層3aによる光吸収を低減できるので、入光効率も向上する。なお、充填材層3aの薄膜化のみでは厚みを均一にできなくても、セル裏面支持フィルム11の下側に(充填材層3bの代わりに)発泡体層13を用いて凹凸を吸収させることで、薄膜化と表面平坦化の両立が可能となる(図4(d))。
【0055】
すでに説明した方法の通りに、充填材層3aの上側に、あらかじめ準備した光透過性表面部材2及び反射防止膜1を形成させ、その後、成形樹脂製フレーム15に収容し、隙間を封止樹脂16によって封止することにより太陽電池ユニットが完成する(図4(e))。
【0056】
ここに示した方法によれば、一部の無機材料(太陽電池セルや接続部材)を除いて、太陽電池ユニットの部材の多くを有機化合物で製造することが可能になり、製造条件の緩和、材料設計の範囲拡大及び低コスト化などが図れる。
また、成形樹脂製フレーム15に、下側から各々の材料を順番に重ねていって、最後に熱処理又は光照射を一括で行うことによって製造することも可能となり、生産性を大きく向上させることが可能となる。
【0057】
<太陽電池モジュールの製造例>
(i)PETフィルム(基材)に感光性樹脂組成物の溶液を厚さ10μmとなるように塗工し、炉内で溶剤を乾燥させたのち、保護フィルム(PP)をラミネートし、UV硬化型フィルムとした。縦横150(mm)×150(mm)で、厚さ0.3mmの多結晶シリコン太陽電池セルの受光面及び裏面にある電極に合わせて、上記UV硬化型フィルムを打ち抜きにより穴開け加工した後、保護フィルム(PP)を剥がして位置合わせをしながら、これをセル表面上に、感光性樹脂層がセルに接するように載せ、さらに離型フィルムを載せ、真空ラミネータを用い、ラミネートした。そのあと、PETフィルムを剥がし、その上に凹凸のある透明なエンボス型フィルムを載せ、再度真空ラミネータを用い、エンボス構造の転写をした。さらに、露光装置を用い、このUV硬化型フィルムを硬化させた。
穴開け加工したUV硬化型フィルムのPP保護フィルムを剥がして位置合わせをしながら、感光性樹脂層がセルに接するようにこれをセル裏面上に載せ、さらに離型フィルムを載せ、真空ラミネータを用い、ラミネートした。露光装置を用い、このUV硬化型フィルムを硬化させ、PETフィルムを剥がし、表面にエンボス模様の付いた支持フィルム付きセルを作製した。
【0058】
(ii)熱硬化型樹脂組成物に導電性粒子を分散させた溶液をPETフィルム(基材)に厚さ10μmとなるように塗工し、炉内で溶剤を乾燥させ、PPの保護フィルムをラミネートし、異方導電性フィルムとした。次いで、上記(i)の支持フィルム付きセルと、半田メッキ銅リボンとを異方導電性フィルムを介して熱圧着し、各セルを直列に接続した。
【0059】
(iii)PPフィルム上に、不飽和ポリエステル樹脂組成物を塗工し、この上にガラス繊維を分散させ、さらに同様の塗工フィルムとサンドイッチ構造とし、半硬化状態を作った(SMCと呼ぶ)。このSMCから金型プレス成形により、断面構造が図4(e)15のような盆状の成形フレームを作製した。アルミニウムの真空蒸着によりPET基材上に膜厚み500nmの反射膜を形成した。厚み3mmのポリエチレン製のフォームにウレタン系接着剤を介して、反射膜をAl面が接着層に接するようにラミネートした(Alラミネートフォームと呼ぶ)。成形フレーム上にAlラミネートフォームを、ウレタン系接着剤を介してラミネートし、FRP支持体を得た。
【0060】
(iv)このFRP支持体上に、上記(ii)で作製した接続済みの支持フィルム付きセルを並べ、高透明接着フィルムを介してその上にガラス基板を載せた。この状態で、ガラス基板とFRP支持体の間をクランプで挟み、周囲にシリカ充填されたエポキシ樹脂封止剤を注入した。このまま、150℃の炉に20分間入れ、エポキシ樹脂を半硬化させ、クランプを外した。その上にフッ素含有でかつシロキサン含有アクリル樹脂とその硬化剤を酢酸ブチル(溶媒)に希釈し、硬化後80nm程度の膜厚となるようにスプレー塗布し、再び150℃の炉に60分入れ、反射防止膜、および周囲の充填材層を硬化させ、太陽電池モジュールを完成させた。
【0061】
なお、ここで作製したモジュールと、ここで使ったセルを用いている市販品のモジュールとを比較したところ、初期特性においては同等であり、また、ここで作製したモジュールは、部材コスト及び製造コストで約40%程度を削減できたものと推算した。また、信頼性試験においては、サンシャインウェザーメータ(デューサイクル)テストに1000時間かけたところ、市販品の変換効率低下が−10%であったのに対し、−2%と極めて良好な結果となった。軽量化については、この試作では2%減程度であったが、これはモジュールの面積に大きく依存するものである。
【0062】
本発明によれば、下記の太陽電池ユニット、太陽電池セルの接続方法、太陽電池セルの接続構造及び太陽電池セル接続用導通材が提供される。
(1)複数の太陽電池セルと、前記太陽電池同士を電気的に接続する接続部材及び導通材と、少なくとも前記太陽電池セルの受光面側を保護する充填材層とを備える太陽電池ユニットであって、前記導通材は、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、太陽電池ユニット。
(2)前記高分子樹脂は、アクリル系ポリマー及び熱硬化性樹脂を含有する、(1)に記載の太陽電池ユニット。
(3)前記導電粒子は、前記フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、(1)又は(2)に記載の太陽電池ユニット。
(4)前記導通材は、150℃以下の温度で熱圧着される、(1)〜(3)のいずれか一つに記載の太陽電池ユニット。
(5)複数の導通材と、前記導通材同士を電気的に接続する接続部材とを介して複数の太陽電池セルを電気的に接続する太陽電池セルの接続方法であって、前記導通材は、それぞれの前記太陽電池セルの表面に配置されると共に、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、太陽電池セルの接続方法。
(6)前記太陽電池セルの表面に複数の配線を配置し、前記複数の前記配線をまたぐように前記導通材を配置する、(5)に記載の太陽電池セルの接続方法。
(7)前記高分子樹脂は、アクリル系ポリマー及び熱硬化性樹脂を含有する、(5)又は(6)に記載の太陽電池セルの接続方法。
(8)前記導電粒子は、前記フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、(5)〜(7)のいずれか一つに記載の太陽電池セルの接続方法。
(9)前記導通材を150℃以下の温度で熱圧着する、(5)〜(8)のいずれか一つに記載の太陽電池セルの接続方法。
(10)複数の導通材と、前記導通材同士を電気的に接続する接続部材とを介して複数の太陽電池セルが電気的に接続される太陽電池セルの接続構造であって、前記導通材は、前記太陽電池セルの表面に配置されると共に、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、太陽電池セルの接続構造。
(11)前記太陽電池セルの表面に複数の配線が配置され、前記導通材は前記複数の前記配線をまたぐように配置される、(10)に記載の太陽電池セルの接続構造。
(12)前記高分子樹脂は、アクリル系ポリマー及び熱硬化性樹脂を含有する、(10)又は(11)に記載の太陽電池セルの接続構造。
(13)前記導電粒子は、フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、(10)〜(12)のいずれか一つに記載の太陽電池セルの接続構造。
(14)前記導通材は、150℃以下の温度で熱圧着される、(10)〜(13)のいずれか一つに記載の太陽電池セルの接続構造。
(15)接続部材によって互いに電気的に接続されると共に複数の太陽電池セルを電気的に接続する太陽電池セル接続用導通材であって、前記導通材は、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、太陽電池セル接続用導通材。
(16)前記導通材は、それぞれの前記太陽電池セルの表面に配置される、(15)に記載の太陽電池セル接続用導通材。
(17)前記高分子樹脂は、アクリル系ポリマー及び熱硬化性樹脂を含有する、(15)又は(16)に記載の太陽電池セル接続用導通材。
(18)前記導電粒子は、前記フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、(15)〜(17)のいずれか一つに記載の太陽電池セル接続用導通材。
(19)前記導通材は、150℃以下の温度で熱圧着される、(15)〜(18)のいずれか一つに記載の太陽電池セル接続用導通材。
【符号の説明】
【0063】
1:反射防止膜
2:光透過性表面部材(強化ガラス板や透明樹脂板)
3:充填材層
3a:受光面側の充填材層
3b:裏面側の充填材層
4、4a、4b:太陽電池セル
5:導通材
4+5:導通材付き太陽電池セル
6:接続部材
7:裏面保護材
8:裏面支持板
9:アルミフレーム
9a:補強アルミフレーム
10:フィルム状光透過性樹脂層(光透過性樹脂フィルム)
11:フィルム状セル裏面支持層
12:反射膜
13:発泡体層(低吸湿性発泡体層)
14:配線
15:フレーム(成形樹脂製フレーム)
16:封止樹脂

【特許請求の範囲】
【請求項1】
結晶系太陽電池セルと、当該結晶系太陽電池セルの表面上に配置された導通材と、を備え、
前記導通材が、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、導通材付き太陽電池セル。
【請求項2】
前記高分子樹脂が熱硬化性樹脂を含有する、請求項1に記載の太陽電池セル。
【請求項3】
結晶系太陽電池セルと、当該結晶系太陽電池セルの表面上に配置された導通材と、を備え、
前記導通材が、導電粒子が分散された熱硬化型樹脂組成物を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、導通材付き太陽電池セル。
【請求項4】
前記結晶系太陽電池セルの表面に複数の配線が配置されており、
前記導通材は前記複数の配線をまたぐように配置されている、請求項1〜3のいずれか一項記載の太陽電池セル。
【請求項5】
前記導電粒子が、前記フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、請求項1〜4のいずれか一項記載の太陽電池セル。
【請求項6】
前記導通材が熱圧着される、請求項1〜5のいずれか一項記載の太陽電池セル。
【請求項7】
前記導通材が150℃以下の温度で熱圧着される、請求項1〜6のいずれか一項記載の太陽電池セル。
【請求項8】
前記結晶系太陽電池セルが、シリコン単結晶太陽電池セル、シリコン多結晶太陽電池セル、又は、シリコン単結晶にアモルファスシリコンを積層した太陽電池セルである、請求項1〜7のいずれか一項記載の太陽電池セル。
【請求項9】
一の結晶系太陽電池セルと、
当該一の結晶系太陽電池セルの表面上に配置されたフィルム状接着剤の硬化物と、
前記一の結晶系太陽電池セル及び他の結晶系太陽電池セルを電気的に接続するための接続部材と、を備え、
前記接続部材が前記フィルム状接着剤の硬化物に電気的に接続されており、
前記フィルム状接着剤の硬化物が、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有する、接続構造。
【請求項10】
前記高分子樹脂が熱硬化性樹脂を含有する、請求項9に記載の接続構造。
【請求項11】
一の結晶系太陽電池セルと、
当該一の結晶系太陽電池セルの表面上に配置されたフィルム状接着剤の硬化物と、
前記一の結晶系太陽電池セル及び他の結晶系太陽電池セルを電気的に接続するための接続部材と、を備え、
前記接続部材が前記フィルム状接着剤の硬化物に電気的に接続されており、
前記フィルム状接着剤の硬化物が、導電粒子が分散された熱硬化型樹脂組成物を含んで異方導電性を有する、接続構造。
【請求項12】
前記結晶系太陽電池セルの表面に複数の配線が配置されており、
前記フィルム状接着剤の硬化物は前記複数の配線をまたぐように配置されている、請求項9〜11のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項13】
前記導電粒子が、前記フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、請求項9〜12のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項14】
前記フィルム状接着剤の硬化物が熱圧着されてなる、請求項9〜13のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項15】
前記フィルム状接着剤の硬化物が150℃以下の温度で熱圧着されてなる、請求項9〜14のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項16】
前記一の結晶系太陽電池セルが、シリコン単結晶太陽電池セル、シリコン多結晶太陽電池セル、又は、シリコン単結晶にアモルファスシリコンを積層した太陽電池セルである、請求項9〜15のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項17】
一の結晶系太陽電池セルと、
当該一の結晶系太陽電池セルの表面上に配置されたフィルム状接着剤の硬化物と、
前記一の結晶系太陽電池セル及び他の結晶系太陽電池セルを電気的に接続するための接続部材と、を備え、
前記接続部材が前記一の結晶系太陽電池セルに電気的に接続されており、
前記フィルム状接着剤の硬化物が、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有する、接続構造。
【請求項18】
前記高分子樹脂が熱硬化性樹脂を含有する、請求項17に記載の接続構造。
【請求項19】
一の結晶系太陽電池セルと、
当該一の結晶系太陽電池セルの表面上に配置されたフィルム状接着剤の硬化物と、
前記一の結晶系太陽電池セル及び他の結晶系太陽電池セルを電気的に接続するための接続部材と、を備え、
前記接続部材が前記一の結晶系太陽電池セルに電気的に接続されており、
前記フィルム状接着剤の硬化物が、導電粒子が分散された熱硬化型樹脂組成物を含んで異方導電性を有する、接続構造。
【請求項20】
前記結晶系太陽電池セルの表面に複数の配線が配置されており、
前記フィルム状接着剤の硬化物は前記複数の配線をまたぐように配置されている、請求項17〜19のいずれか一項記載の太陽電池セルの接続構造。
【請求項21】
前記導電粒子が、前記フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、請求項17〜20のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項22】
前記フィルム状接着剤の硬化物が熱圧着されてなる、請求項17〜21のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項23】
前記フィルム状接着剤の硬化物が150℃以下の温度で熱圧着されてなる、請求項17〜22のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項24】
前記一の結晶系太陽電池セルが、シリコン単結晶太陽電池セル、シリコン多結晶太陽電池セル、又は、シリコン単結晶にアモルファスシリコンを積層した太陽電池セルである、請求項17〜23のいずれか一項記載の接続構造。
【請求項25】
一の結晶系太陽電池セルと、当該一の結晶系太陽電池セル及び他の結晶系太陽電池セルを電気的に接続するための接続部材とを、導通材を介して電気的に接続する太陽電池セルの接続方法であって、
前記導通材が、前記一の結晶系太陽電池セルの表面上に配置されると共に、高分子樹脂及び導電粒子を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、接続方法。
【請求項26】
前記高分子樹脂が熱硬化性樹脂を含有する、請求項25に記載の接続方法。
【請求項27】
一の結晶系太陽電池セルと、当該一の結晶系太陽電池セル及び他の結晶系太陽電池セルを電気的に接続するための接続部材とを、導通材を介して電気的に接続する太陽電池セルの接続方法であって、
前記導通材が、前記一の結晶系太陽電池セルの表面上に配置されると共に、導電粒子が分散された熱硬化型樹脂組成物を含んで異方導電性を有するフィルム状接着剤である、接続方法。
【請求項28】
前記一の結晶系太陽電池セルの表面に複数の配線が配置されており、
前記複数の配線をまたぐように前記導通材を配置する、請求項25〜27のいずれか一項記載の接続方法。
【請求項29】
前記導電粒子が、前記フィルム状接着剤中に接続端子1cm(平面視の面積)あたり10〜1,000,000個分散されている、請求項25〜28のいずれか一項記載の接続方法。
【請求項30】
前記導通材を熱圧着して前記一の結晶系太陽電池セルと前記接続部材とを電気的に接続する、請求項25〜29のいずれか一項記載の接続方法。
【請求項31】
前記導通材を150℃以下の温度で熱圧着して前記一の結晶系太陽電池セルと前記接続部材とを電気的に接続する、請求項25〜30のいずれか一項記載の接続方法。
【請求項32】
前記一の結晶系太陽電池セルが、シリコン単結晶太陽電池セル、シリコン多結晶太陽電池セル、又は、シリコン単結晶にアモルファスシリコンを積層した太陽電池セルである、請求項25〜31のいずれか一項記載の接続方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−110420(P2013−110420A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−269325(P2012−269325)
【出願日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【分割の表示】特願2012−69108(P2012−69108)の分割
【原出願日】平成16年5月20日(2004.5.20)
【出願人】(000004455)日立化成株式会社 (4,649)
【Fターム(参考)】