JP5323250B2 - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
太陽光発電システムの１ユニットを形成する太陽電池モジュールは、一般に、ガラス基板上に、受光面側封止材、光電変換部、非受光面側封止材、保護シートを、順次重ね合わせて加熱加圧することによって製造される。このとき、例えば、受光面側封止材や非受光面側封止材には、樹脂が用いられ、光電変換部には、インナーリード等の配線導体で電気的に接続された複数の太陽電池素子が用いられる。
このような太陽電池モジュールの製造方法においては、多数の太陽電池素子を逐一インナーリードで接続するため、工程が煩雑であり、更なる生産効率の向上が求められている。
この問題を解決するために、特表２００９−５２７９１７号公報や特開２００２−３１９６９１号公報には、配線導体がフィルム上に配された回路フィルムで太陽電池素子同士を接続し、製造工程を簡略化することが提案されている。
しかしながら、特表２００９−５２７９１７号公報に記載の製造方法においては、ウェーブソルダリング法を用いて太陽電池素子と回路フィルムとを半田付けして素子構造体を得る。その後に、該素子構造体、ガラス基板、封止材、および保護シートを一体化して、太陽電池モジュールを製造している。ウェーブソルダリング法は、半田槽内からの半田噴流で半田付けする方法であるため、上述した製造方法では、太陽電池素子および回路フィルムを半田の濡れ性が得られる温度まで加熱する必要があるとともに、半田噴流が太陽電池素子の広い面積を加熱するため熱履歴が大きい。広い面積を加熱しているため、半田付け後に冷却した際に素子構造体に反りが生じやすく、ガラス基板などと一体化する際に平坦に伸ばすと、太陽電池素子にクラックが生じる可能性があった。
また、特開２００２−３１９６９１号公報に記載の製造方法においては、回路フィルムと一体化された封止材で、封止材を溶融や架橋硬化させることなく複数の太陽電池素子を電気的に接続している。そのため、電気的な接続における信頼性が低く、回路フィルムを折り返す工程などを含む製造工程が非常に煩雑になっていた。
本発明の目的は、簡易な構造で、信頼性と生産効率の高い太陽電池モジュールと、その製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、光を受ける第１の面および該第１の面の裏面に相当する第２の面を有する半導体基板、ならびに前記第２の面上に位置する出力取出電極、を備えるとともに隣り合って配列される複数の太陽電池素子と、前記複数の太陽電池素子の前記第２面上に配されるとともに、貫通孔を有している封止材と、該封止材上に配されるとともに、前記貫通孔に配される接合材を介して第１の太陽電池素子と該第１の太陽電池素子と隣り合う第２の太陽電池素子とを電気的に接続する回路フィルムとを備え、該回路フィルムは、前記第２の面に向かって突出する凸部を有する基体シートと、前記凸部の頂面に直に固定されるとともに、前記貫通孔内に配された前記接合材を介して前記第１の太陽電池素子の前記出力取出電極と前記第２の太陽電池素子の前記出力取出電極とを電気的に接続する配線導体とを備えている。
本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は、光を受ける第１の面および該第１の面の裏面に相当する第２の面を有する半導体基板、ならびに前記第２の面上に位置する出力取出電極を備えるとともに隣り合って配列される複数の太陽電池素子を準備する工程と、表面および裏面を有する封止材材料に、前記表面から前記裏面に貫通する貫通孔を設ける穿孔工程と、一主面上に凸部を有する基体シートおよび前記凸部の頂面に直に固定された配線導体を有する回路フィルムを、前記封止材材料に対して、前記凸部が前記貫通孔内に位置するように配設する位置決め工程と、第１の太陽電池素子の前記出力取出電極と前記第１の太陽電池素子と隣り合う第２の太陽電池素子の前記出力取出電極とを接合材を介して前記配線導体で電気的に接続する接続工程と、前記封止材材料を熱処理して、封止材を形成する熱処理工程とを備える。
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールによれば、回路フィルムの基体シートが太陽電池素子の第２の面に向かって突出する凸部を有し、該凸部の頂面に配線導体が配置されている。これにより、太陽電池素子の第２の面と回路フィルムとの間に配される封止材の厚みよりも、太陽電池素子と配線導体との間に位置する接合材の厚みを小さくすることできる。その結果、簡易な構造で、太陽電池素子と配線導体の接合強度を高くするとともに、接合材が厚くなりすぎることによって生じやすい、接合材におけるクラックや剥離の発生を低減することができる。
本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１を示す図面であり、図１（ａ）は受光面側から見た平面図である、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１の積層構成を示す分解斜視図である。 図３（ａ）は、図１（ｂ）のＢ部を拡大して示す断面図であり、図３（ｂ）は、接合材として導電性接着剤を用いた場合における図３（ａ）のＣ部を拡大して示すモデル図であり、図３（ｃ）は、図１（ａ）のＤ−Ｄ’線断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１における太陽電池素子４を示す図面であり、図４（ａ）は太陽電池素子４を第１の面側（受光面側）から見た斜視図であり、図４（ｂ）は太陽電池素子４を第２の面側（裏面側）から見た斜視図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＧ−Ｇ’線断面図である。 図５（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１における回路フィルムを示す図２のＥ−Ｅ’線断面図であり、図５（ｂ）は回路フィルムを示す図２のＦ−Ｆ’線断面図であり、図５（ｃ）は第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１における回路フィルムの変形例を示し図２のＥ−Ｅ’線断面図に相当する図面であり、図５（ｄ）は図５（ｃ）に示す回路フィルムの他の変形例の図２のＦ−Ｆ’線断面図に相当する図面である。 本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュール３１を示す部分拡大断面図である。 図７（ａ）は本発明の太陽電池モジュールを製造する過程におけるモジュール積層体を示す断面図であり、図７（ｂ）はモジュール積層体をラミネーターで熱処理して太陽電池モジュールを製造する様子を示すモデル図である。 本発明の第７の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を説明する図面である。 本発明の第７の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジュール４１を示す図面であり、図１０（ａ）は回路フィルムにおける基体シートの凸部の周囲を示す拡大斜視図であり、図１０（ｂ）は第三の実施形態に係る太陽電池モジュール４１の図３（ｃ）に相当する位置における断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る太陽電池モジュール５１における回路フィルムを示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールについて、添付図面を参照しつつ説明する。
≪第１実施形態≫
本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１は、図１から図３に示すように、受光面側から順に、透光性基板２と、受光面側封止材３と、太陽電池素子４（第１の太陽電池素子４ａおよび第２の太陽電池素子４ｂ）と、非受光面側封止材５と、回路フィルム６と、端子ボックス７とを備える。透光性基板２は、太陽電池モジュール１の基板として機能する。回路フィルム６は、太陽電池素子４同士を電気的に接続する。端子ボックス７は、回路フィルム６の裏面に接着され、出力を外部に取り出す機能を有する。
本実施形態では、回路フィルム６は太陽電池素子４同士を電気的に接続する機能に加えて、太陽電池モジュール１の裏面を保護する機能を有する。
以下、本実施形態に係る太陽電池モジュール１における部材について説明する。
＜透光性基板＞
透光性基板２は、太陽電池素子４等を外部から保護する機能を有する。また、透光性基板２には、外部から光が入射される。そのため、透光性基板２は、太陽電池素子４へ光を入射させることができる部材であればその材質は特に限定されない。透光性基板２には、例えば、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のガラス材料もしくはポリカーボネートなどの樹脂材料等の光透過率の高いものが用いられる。透光性基板２の厚みは、例えば、白板ガラスや強化ガラスであれば３ｍｍ〜５ｍｍ程度、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂であれば、５ｍｍ程度とすることができる。
＜受光面側封止材＞
受光面側封止材３は、太陽電池素子４の受光面側を封止する機能を有する。受光面側封止材３の材質としては、例えば、透明のエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を主成分とする有機化合物が用いられる。受光面側封止材３は、例えば、Ｔダイと押出し機とにより、上記有機化合物を厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形し、適宜のサイズに切断することによって得られる。
ここで、受光面側封止材３は架橋剤を含有してもよい。この架橋剤は、ＥＶＡなどの分子間を結合させる機能を有する。架橋剤としては、例えば、７０℃〜１８０℃の温度で分解してラジカルを発生する有機過酸化物を用いることができる。有機過酸化物としては、例えば、２、５−ジメチル−２、５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンやｔｅｒｔ−ヘキシルパーオキシピバレートなどが挙げられる。受光面側封止材３としてＥＶＡを用いる場合であれば、ＥＶＡ１００質量部に対して１質量部程度の割合で架橋剤を含有させることができる。
ＥＶＡやＰＶＢ以外にも、熱硬化性樹脂や、架橋剤を含有して熱硬化の特性を有する熱可塑性樹脂も、受光面側封止材３として利用可能である。このような樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂やＥＥＡ（エチレン−アクリル酸エチル共重合体）などが挙げられる。
＜太陽電池素子＞
太陽電池素子４は、太陽光を受光する側の主面である第１の面８ａ（受光面）および該第１の面８ａの裏面に相当する第２の面８ｂ（非受光面）を有する半導体基板９を有している。第１の面８ａおよび第２の面８ｂは、太陽電池素子４の受光面および非受光面に相当する。
本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、複数の太陽電池素子４の第２の面８ｂ同士が回路フィルム６で接続される。そのため、太陽電池素子４は、バックコンタクト構造を有している。このようなバックコンタクト構造としては、例えば、メタルラップスルー構造、エミッタラップスルー構造、ＩＢＣ構造、アラウンドラップスルー構造などが挙げられる。太陽電池素子４は、バックコンタクト構造を有していればよく、その材質は、多結晶シリコン又は単結晶シリコン等の結晶系、薄膜シリコン等の薄膜系、ＣＩＧＳ又はＣｄＴｅ等の化合物系等を適宜用いることができる。なお、本実施形態では、図４（ｃ）に示すように、太陽電池素子４は、結晶系のメタルラップスルー構造を有している。
半導体基板９は、例えば、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板で構成され、その内部に、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層とのＰＮ接合を有する。このような単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板は、例えば、純度が６Ｎ〜１１Ｎのシリコン原料を用いて形成されたインゴットをスライス加工して切り出された、矩形状のものが用いられる。このような基板は、例えば、厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度で、大きさを１５０ｍｍ〜１６０ｍｍ角程度とすることができる。
また、太陽電池素子４は、第２の面８ｂ上に配置された出力取出電極１０を備えている。出力取出電極１０は、半導体基板９で生じたキャリア（電荷）を外部に出力する機能を有する。なお、太陽電池素子４は、第２の８ｂ側で生じたキャリアを効率良く収集すべく、第２の面８ｂ上に配置されて出力取出電極１０と電気的に接続される集電電極（図示せず）を有していてもよい。
また、太陽電池素子４は、第１の面８ａ上に配置された線状の集電電極１１を有していてもよい。集電電極１１は、第１の面８ｂで生じたキャリアを効率良く収集する機能を有する。
図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、出力取出電極１０は、正負が異なる２種類の電極（１０ａ、１０ｂ）を有している。すなわち、出力取出電極１０において、一方の電極１０ａは、連通孔１２の直下に位置しており、第１の面８ａ側で収集されるキャリア（例えば、電子）を出力する。これに対し、他方の電極１０ｂは、一方の電極１０ａと絶縁するように第２の面８ｂ上に位置しており、第２の面８ｂ側で収集されるキャリア（例えば、正孔）を出力する。一方の電極１０ａと他方の電極１０ｂとは、例えば、第２面８ｂ上に離間して配置されることで、互いに絶縁されていてもよい。
なお、出力取出電極１０および集電電極１１は、例えば、銀または銅等の導電性材料で構成されており、スクリーンプリント法などにより形成できる。また、連通孔１２に充填される導電性材料も、集電電極１１と同等のものを用いることが可能であり、上述したスクリーンプリント法で集電電極１１と同じ工程で形成することができる。
なお、図１（ｂ）等の本明細書における太陽電池モジュールの断面を示す断面図は、上述した太陽電池素子４の詳細な構成要素を省略して示している。
＜非受光面側封止材＞
非受光面側封止材５は、受光面側封止材３と協働して太陽電池素子４を保護する機能を有する。非受光面側封止材５は、後述する回路フィルム６と太陽電池素子４の第２の面８ｂとの間に配される。非受光面側封止材５の材質は、例えば、受光面側封止材と同様のものを用いることができる。なお、非受光面側封止材５は、透明以外の樹脂を使用してもよい。例えば、非受光面側封止材５は、白色に着色された樹脂を用いて太陽電池モジュール１の発電量を高めたり、太陽電池素子４と同系色の樹脂を用いて太陽電池モジュール１の意匠性を高めたりしてもよい。
また、非受光面側封止材５は、単層のものに限られるものではなく、複層のものや、絶縁性の粒子をＥＶＡやＰＶＢなどに混練したものを用いてもよい。例えば、積層構成がＥＶＡ／ＰＥＴ／ＥＶＡである場合に中間層のＰＥＴとしてラミネート温度で溶融しない樹脂層を有するものや、ＥＶＡにシリカ粒子を混練したものを用いることができる。このような非受光面側封止材５を用いることで、貫通孔１３以外の部分の絶縁性を高め、不要な部分での太陽電池素子４と回路フィルム６の接触を低減することができる。その結果、短絡の発生を低減することができる。
なお、非受光面側封止材５の厚みは、太陽電池素子４を保護できるものであればよく、例えば、太陽電池素子４の厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの場合、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍとすることができる。
また、非受光面側封止材５は、太陽電池素子４の出力取出電極１０と、回路フィルム６の配線導体１５とを電気的に接続するための貫通孔１３を有している。貫通孔１３は、太陽電池素子４の出力取出電極１０と相対する位置に設けられている。貫通孔１３は、例えば、応力集中を低減するために、開口形状が丸形や長丸形の貫通孔にすることができる。また、貫通孔１３の投影面積は、２０ｍｍ２〜６００ｍｍ２の範囲内で、配線導体１５の形状や太陽電池素子４の大きさ等に応じて、適宜選択することができる。
＜回路フィルム＞
回路フィルム６は、隣接して配置された太陽電池素子４同士を電気的に接続する。また本実施形態においては、非受光面側封止材５や太陽電池素子４を保護する機能も有する。
回路フィルム６は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、基体シート１４と配線導体１５とを備える。基体シート１４は、その一主面上に、太陽電池素子４の第２の面８ｂに向かって突出する凸部１６を有している。基体シート１４の凸部１６は、基体シート１４と配線導体１５とを有する回路フィルム６を、塑性加工の一種であるプレス加工を用いて張出し成型することで形成することができる。
配線導体１５は、隣接して配置された第１の太陽電池素子４ａの正の出力取出電極１０（１０ａ）と、第２の太陽電池素子４ｂの負の出力取出電極１０（１０ｂ）と、を電気的に接続する。具体的には、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、配線導体１５は、非受光面側封止材５の貫通孔１３内に配された接合材１８を介して、第１の太陽電池素子４ａの正の出力取出電極１０ａと、第２の太陽電池素子４ｂの負の出力取出電極１０ｂとを電気的に接続する。この配線導体１５は、基体シート１４の一主面上に設けられた凸部１６の頂面に配置されており、太陽電池素子４の出力取出電極１０と相対する位置に設けられている。そして、配線導体１５は、非受光面側封止材５に対向するコンタクト部１５ａを有している。
基体シート１４の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリエチレン（ＰＥ）を使用することができる。また、接合材１８に半田を用いるなどして、製造工程で２００℃以上に加熱する場合は、ポリイミド（ＰＩ）やポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などの耐熱性に優れた樹脂を用いればよい。
また、配線導体１５は、基体シート１４上に、金属をスパッタリングやエッチング、金属薄膜の貼り付けをすることで形成することができる。配線導体１５を形成するための金属材料は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀あるいはそれらを含む合金などを用いることができる。
なお、回路フィルム６の大きさは、少なくとも複数枚の太陽電池素子４と同じ大きさとできる。このような大きさを有する回路フィルム６は、半田ごてを用いた半田付けで局部的な加熱をおこなっても、加熱されていない部分の面積を広く確保することができる。そのため、回路フィルム６全体における伸縮を低減できるとともに、接続した太陽電池素子４と回路フィルム６とを一緒に冷却した場合であっても反りの発生を低減できる。
次に、本実施形態における回路フィルム６の変形例を、図５（ｃ）および図５（ｄ）を用いて説明する。
本変形例において、回路フィルム６の基体シート１４は、上記の樹脂フィルムが組み合わされた複層構造を有する。具体的には、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、基体シート１４は、ＰＥＴやＰＥＮなどの樹脂シートであるシート層１４ａ、１４ｃと、該シート層１４ａおよびシート層１４ｃの間に配置される防湿層１４ｂとを有している。そして、回路フィルム６は、配線導体１５のコンタクト部１５ａ以外を被覆する絶縁被膜１７を有している。このような変形例の回路フィルム６を用いる場合は、配線導体１５のコンタクト部１５ａに低抵抗金属やフラックスを配置してもよい。すなわち、配線導体１５は、上述した金属からなる基部１５ｂと、凸部１６の頂面に位置する基部１５ｂの上に配置され低抵抗金属やフラックスからなるコンタクト部１５ａと、を有していてもよい。
このように、基体シート１４が複層構造を有することにより、耐湿性や耐熱性、電気的絶縁性、および機械的特性を高めることができる。また、防湿層１４ｂに、アルミ箔や亜鉛鉄箔、ステンレススチール箔や、シリカやアルミナの蒸着層を用いることで、回路フィルム６の長期的な耐湿性を向上することができる。
さらに、コンタクト部１５ａが、金で被覆されたり、予め半田付け用のフラックスで塗布されたりすることで、太陽電池素子４と配線導体１５との電気的接合を好適に行うことができる。また、コンタクト部１５ａ以外の配線導体１５を覆うＰＥＴなどの絶縁被膜１７を有することで、コンタクト部１５ａ以外の箇所から生じる、太陽電池素子４から配線導体１５へのリーク電流を低減して、信頼性や出力を向上させることができる。
＜接合材＞
接合材１８は、太陽電池素子４の出力取出電極１０と、回路フィルム６の配線導体１５とを、コンタクト部１５ａにおいて電気的、機械的に接合する機能を有する。
このような接合材１８としては、例えば、有鉛半田や無鉛半田、またはこれらの半田ペーストや、導電性接着剤などを用いることができる。
まず、接合材１８に有鉛半田や無鉛半田を用いる場合について説明する。有鉛半田としては、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ共晶半田を用いることができる。また、環境負荷低減のために用いる無鉛半田としては、接合する際の熱により太陽電池素子４や回路フィルム６の劣化を低減するという観点から、融点が低いものを用いることができる。また、無鉛半田は、その他の特性として、電極に対する高い濡れ性や、高い接合強度と疲労強度を有するものを適宜選択することができる。このような無鉛半田としては、例えば、中低温系のＳｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ、中温系のＳｎ−Ｉｎ−Ａｇ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｃｕ、または中高温系のＳｎ−Ａｇ−ＣｕやＳｎ−Ａｇを選択することができる。さらに、製造工程を簡単にするために、前述の、コンタクト部１５ａが予め半田で覆われた構造を有する配線導体１５を用いてもよい。なお、接合材１８として、これらの有鉛半田や無鉛半田の半田粉にフラックスやビヒクルを加えて混練してペースト状とした、半田ペーストを用いてもよい。
次に、接合材１８に導電性接着剤を用いる場合について説明する。導電性接着剤は、導電性を担う金属フィラー２０ａと、接合特性を担うバインダー樹脂２０ｂとを含む。このような導電性接着剤は、具体的には、金属フィラー２０ａとバインダー樹脂２０ｂとを混練して得られる。
金属フィラー２０ａの材質としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、カーボン、グラファイトなどを使用可能である。また、金属フィラー２０ａの形状としては、例えば、フレーク状、粒状、針状または複数の金属フィラメントが分岐してなる樹状等の形状のものを適宜選択することができる。特に、金属フィラー２０ａとして、面接触しやすいフレーク状や、金属フィラー２０間が近接しやすく接着性の高い樹状のものを用いることで、接合材１８の抵抗値を低くすることができる。種々の形状の金属フィラーを組み合わせて用いることで、金属フィラー同士の接続および、出力取出電極１０や配線導体１５とバインダー樹脂２０ｂとの接続を良好とすることができる。
バインダー樹脂２０ｂとしては、応力負荷による変形に追従して、応力緩和しつつ、繰り返しの熱歪みに耐えられるものとすることができる。接合材１８は、回路フィルム６と太陽電池素子４との間の密閉された層間で硬化されることから、アウトガスが少ないものを用いることができる。さらに、バインダー樹脂２０ｂは、太陽電池素子４や回路フィルム６の熱履歴を小さくできるという観点から、低温で架橋硬化するものであってもよい。また、バインダー樹脂２０ｂは、出力取出電極１０とコンタクト部１５ａとの電気的接続をより精度良く行うという観点から、ラミネート時に非受光面側封止材５が軟化を開始した後に、少しずつ架橋を開始し、ラミネートを終了するまでに架橋硬化を終了する特性を持つものであってもよい。バインダー樹脂２０ｂの架橋温度は、例えば、非受光面側封止材５にエチレンビニルアセトレート（ＥＶＡ）を用いた場合、ＥＶＡの架橋前の融点である約７０℃よりも高い温度であってもよい。このようなバインダー樹脂２０ｂとしては、一液型または二液型のエポキシ系接着剤を用いることができる。また、エポキシ系接着剤以外にウレタン系接着剤やシリコン系接着剤、アクリル系接着剤またはポリイミド系接着剤も、バインダー樹脂２０ｂとして選択可能である。
なお、接合材１８には、上述した半田や導電性接着剤に代えて、導電性を有する両面粘着テープを用いてもよい。このような粘着テープは、非加熱でも機械的、電気的接続できることから、各部材を重ね合わせたときに圧着することができ、ラミネート前やラミネート時の太陽電池素子４と配線導体１５の位置ずれにより生じる、コンタクト部１５ａと出力取出電極１０との間での導通不良を低減できる。
上述した構成を有する第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１は、以下の効果を奏する。
一般的に、接合材１８は、機械的強度、信頼性および電気抵抗の観点から、第１の非受光面側封止材５の厚みよりも薄く形成するとよい。すなわち、接合材１８の厚みを小さくすることで、強度上の欠陥が生じる可能性を低くするのがよい。
本実施形態では、回路フィルム６の基体シート１４のうち、太陽電池素子４の第２の面８ｂと対向する一主面上に、配線導体１５が配された凸部１６が設けられる。これにより、配線導体１５と出力取出電極１０との間に位置する接合材１８の厚みを第１の非受光面側封止材５の厚みよりも小さくすることが可能となる。
そのため、本実施形態では、例えば、太陽電池素子４を保護するために、上述したように非受光面側封止材５の厚みが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍと比較的厚い場合であっても、接合材１８に強度的な欠陥が含まれる可能性を低減し、接合材１８の機械的強度を高めて信頼性を向上することができる。すなわち、設置後の太陽電池モジュール１の使用に伴う熱応力や風圧力、積雪荷重などにより前記欠陥に応力集中が生じて、接合材１８に亀裂が生じ、導通不良が生じる可能性を低減することができる。その結果、信頼性の向上が図れる。
また、太陽電池素子４の出力取出電極１０を、非受光面側封止材５の厚みに相当する０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの高さだけ非受光面から突出させて、配線導体１５と接触させようとした場合、太陽電池素子４の製造が困難であるが、本実施形態の場合そのような問題を解決することができる。他に回路フィルム６の配線導体１５を同様に非受光面側封止材５の厚み分０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの高さに突出させて、太陽電池素子の出力取出電極に接触させようとした場合、配線導体が厚いことから熱膨張・収縮による熱応力が大きくなるととともに使用材料が多くなるが、本願の場合、そのような問題を解決することができる。
なお、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、基体シート１４における凸部１６は、該凸部１６に対応する部位において、回路フィルム６全体（基体シート１４および配線導体１５）が屈曲しているが、本発明に係る形態はこれに限定されるものではない。例えば、他の形態としては、基体シート１４の一主面上に凸部１６が形成されており、基体シート１４の一主面の裏面に相当する面が平坦であってもよい。
また、接合材１８に導電性接着剤を用いた太陽電池モジュール１においては、上述したように、図３（ｂ）に示すような、出力取出電極１０とコンタクト部１５ａの接合を有している。具体的には、図３（ｂ）に示すように、接合材１８の導電性接着剤中では、それぞれ金属フィラー２０ａが樹脂バインダー２０ｂで囲まれている。そのため、接合材１８を介した出力取出電極１０と配線導体１５との導通は、金属フィラー２０ａ間における樹脂バインダー２０ｂを絶縁破壊することで行われる。それゆえ、接合材１８の抵抗を小さくする観点からは、出力取出電極１０と配線導体１５をより近接させて、出力取出電極１０とコンタクト部１５ａの間の金属フィラー２０ａの数を少なくすればよい。また、本実施形態において、金属フィラー２０ａには、信頼性を高く、電気抵抗を小さくするという観点から、金や銀などの貴金属を用いるとよい。このように本実施形態では、接合材１８に金属フィラー２０ａと樹脂バインダー２０ｂとを含む導電性接着剤を用いているため、導電性を維持しつつ応力に対して変形を生じることができる。その結果、接合材１８として半田等を用いた場合に比べて、応力集中を緩和することができる。
≪第２の実施形態に係る太陽電池モジュール≫
次に、本発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジュール３１について、図６を用いて説明する。本実施形態に係る太陽電池モジュール３１は、図６に示すように、基体シート１４の凸部１６の周囲に凹部２３を有する点で第１の実施形態と相違する。
具体的には、本実施形態では、基体シート１４は、凸部１６の周囲に設けられた凹部２３をさらに有している。該凹部２３は、図６に示すように、第１の非受光面側封止材５に対して凹状である。このような凹部２３は、塑性加工の一種である絞り加工で形成することが出来る。
本実施形態では、このような凹部２３を設けたことにより、接合材１８として導電性接着剤を用いた場合に、ラミネート時に接合材１８（導電性接着剤）が第１の非受光面側封止材５と回路フィルム６との層間に浸潤するのを低減することができる。すなわち、接合材１８に導電性接着剤を用いた場合に、ラミネート時に、ラミネート時の圧力で、非受光面側封止材５と回路フィルム６との層間に未硬化の接合材１８（導電性接着剤）が侵入するのを低減することができる。これにより、第１の非受光面側封止材５と回路フィルム６との接着性を高めて信頼性を高めることができる。
≪第３の実施形態に係る太陽電池モジュール≫
次に、本発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジュール４１について、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を用いて、説明する。
本実施形態に係る太陽電池モジュール４１は、図１０（ａ）に示すように、基体シート１４が凸部１６の周囲に切り込み部２４を有する点と、第２の非受光面側封止材２５および裏面保護フィルム２６を有する点で、第１の実施形態と相違する。
具体的には、切り込み部２４の形状としては、一辺約１ｍｍから約３ｍｍ程度の略矩形状の一部や、半径約１ｍｍから約３ｍｍ程度の略Ｕ字型等がある。本実施形態においては、基体シート１４は、切り込み部２４により形成された凸部１６を有している。このような凸部１６は、まず、基体シート１４に切り込み部２４を塑性加工の一種であるせん断加工によって形成し、該切り込み部２４を第１の非受光面側封止材５側に押し上げることで形成することができる。
本実施形態においても、上述したように、凸部１６の頂面に配された配線導体１５のコンタクト部１５ａが、接合材１８を介して出力取出電極１０と電気的に接続される。このとき、図１０（ｂ）に示すように、凸部１６は、第１の非受光面側封止材５の貫通孔１３内に配置されている。したがって、本実施形態において、貫通孔１３の大きさは、切り込み部２４の大きさより若干大きければよい。例えば、貫通孔１３の形状は、開口径が約２ｍｍ〜約６ｍｍ程度の丸型や四角型とすることができる。
また、本実施形態では、コンタクト部１５ａの周囲に設けた切り込み部２４を用いて、コンタクト部１５ａを押し出すことで、基体シート１４の表面から大きく突出した小面積の凸部１６を形成することができる。これにより、太陽電池素子４と回路フィルム６とを配設した際に出力取出電極１０とコンタクト部１５ａとの距離を小さくすることができるとともに、出力取出電極１０とコンタクト部１５ａとの電気的な接触を安定させることができる。その結果、導電性接着剤の使用量を低減できるとともに、接触抵抗を低減して導電性を高めることができる。
太陽電池モジュール４１における基体シート１４は、コンタクト部１５ａの周囲に切り込み部２４を有することから、凸部１６が太陽電池素子４や回路フィルム６全体の伸縮に適応して変形できる。そのため、コンタクト部１５ａと出力取出電極１０の間での剥離を生じさせる方向に作用する応力を緩和することができる。これにより、例えば、太陽電池素子４と回路フィルム６の熱膨張率の差に伴う熱応力を緩和や、該熱応力を起因とする太陽電池素子４を湾曲させようとする応力を低減することができる。
さらに、上述したように、本実施形態においては、基体シート１４の表面と凸部１６の頂面との高低差を大きくすることができる。そのため、切り込み部２４を設けたことで、回路フィルム６をプレス加工して凸部１６が形成される時に、配線導体１５の厚みが小さくなるのを低減することができる。
またさらに、上述したように、本実施形態においては、凸部１６の頂面を小面積とできることから、第１の非受光面側封止材５に設ける貫通孔１３の開口面積を小さくすることができる。これにより、太陽電池素子４と第１の非受光面側封止材５、および回路フィルム６と第１の非受光面側封止材５の接着面積を広くしてモジュール強度を高めることができる。また、貫通孔１３の開口面積を小さくすることで、貫通孔１３を充填する接合材１８の導電性接着剤を少なくすることができ、フィラーとして用いられている銀などの高価な希少金属の使用量を低減することができる。
さらに、本実施形態においては、接合材１８は切り込み部２４の周囲を覆うように配置されている。これにより、太陽電池素子４と配線導体１５との電気的接続における信頼性が高まる。
なお、本実施形態における第２の非受光面側封止材２５は、太陽電池モジュール１の非受光面側から回路フィルム６を保護する機能を有するものであり、裏面保護フィルム２６は、第２の非受光面側封止材２５の非受光面側を保護する機能を有するものである。
≪第４の実施形態に係る太陽電池モジュール≫
次に、本発明の第４の実施形態に係る太陽電池モジュール５１について、図１１を用いて説明する。
本実施形態に係る太陽電池モジュール４１は、図１１に示すように、回路フィルム６が、導電性の金属の単層からなり、配線導体１５と基体シート１４とが一体化された構成を有する点で、第１の実施形と相違する。
このような回路フィルム６としては、シート状の銅やアルミニウムを配線導体１５の電気回路に型抜きしたものを用いることができ、得られたシート状の配線導体１５が、基体シート１４として機能する。これにより、基体シート１４を別材料で形成する必要がなく、基体シート１４の材料を節減することができる。
以下で、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
まず、第５の実施形態、第６の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法では、接合材１８に半田を用いた場合について説明する。また、第７の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法では、接合材１８に導電性接着剤を用いた場合について説明する。
≪第５の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法≫
＜第１および第２の太陽電池素子４ａ、４ｂを準備する工程＞
光を受ける第１の面および第１の面の裏面に相当する第２の面を有する半導体基板、ならびに第２の面上に位置する出力取出電極を備える、第１および第２の太陽電池素子を準備する。具体的には、例えば、上述したような構成を有する第１および第２の太陽電池素子４ａ、４ｂを準備する。このような太陽電池素子４は、既知の方法で適宜製造することができる。
＜第１の非受光面側封止材材料（封止材シート）の準備工程および穿孔工程＞
表面および裏面を有する封止材材料に、表面から裏面に貫通する貫通孔を形成する。ここで、以下では、熱処理して太陽電池モジュール１として一体化する前の、受光面側封止材３および第１の非受光面側封止材５を、各々、受光面側封止材シート３ａおよび第１の非受光面側封止材シート５ａと呼ぶ。すなわち、受光面側封止材シート３ａおよび第１の非受光面側封止材シート５ａは、各々、受光面側封止材３および第１の非受光面側封止材５の前駆体であり、換言すれば、各々、受光面側封止材３の材料および第１の非受光面側封止材５の材料である。
第１の非受光面側封止材シート５ａを作成するために、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を主成分とする有機化合物の封止材シートを準備する。前述の封止材シートは、架橋剤として有機化酸化物を含有してもよい。その封止材シートの表面から裏面に向かって穿孔して貫通孔１３を設けて、第１の非受光面側封止材シート５ａを準備する。貫通孔１３は、封止材シートのうち、太陽電池素子４の出力取出電極１０と相対する位置に設ければよい。貫通孔１３は、例えば、封止材シートをトムソン金型で型抜き加工して設けることができる。
なお、本実施形態においては、各封止材材料としてシート状のものを用いたが、封止材材料の形状はこれに限らない。例えば、封止材材料は、封止材が配される部材（本実施形態においては、複数の太陽電池素子４）の表面に塗布された上述したＥＶＡ等であってもよい。このような場合、貫通孔１３を設けるとは、貫通孔１３の形状に対応するマスクを、封止材が形成される部材の表面に配置して、ＥＶＡ等を塗布・乾燥することによって、貫通孔１３を有する封止材を形成することをいう。
＜位置決め工程＞
まず、図７（ａ）に示すように、透光性基板２の非受光面側に受光面側封止材シート３ａを載置し、その受光面側封止材シート３ａの上に太陽電池素子４を配列する。次に、太陽電池素子４の出力取出電極１０と第１の非受光面側封止材シート５ａの貫通孔１３とが相対するように位置するよう、太陽電池素子４に非受光面側封止材シート５ａを重ねる。そして、基体シート１４の凸部１６が第１の非受光面側封止材シート５ａの貫通孔１３を通り、配線導体１５のコンタクト部１５ａと太陽電池素子４の出力取出電極１０とが相対するように位置するよう、第１の非受光面側封止材シート５ａに回路フィルム６を重ね合せる。これにより、透光性基板２、受光面側封止材シート３ａ、太陽電池素子４、第１の非受光面側封止材シート５ａ、および回路フィルム６を有するモジュール積層体１９を形成する。
＜接続工程＞
次に、太陽電池素子４の出力取出電極１０と、回路フィルム６における配線導体１５のコンタクト部１５ａとを接合材１８にて電気的に接続する。例えば、出力取出電極１０とコンタクト部１５ａとを半田付けすることで、電気的に接続すればよい。この半田付けは、例えば、コンタクト部１５ａに予め被覆されている半田を溶融して行うことができる。このとき、この半田付けは、半田ごてや熱風やＹＡＧレーザーなどの加熱手段を用いて、基体シート１４越しにコンタクト部１５ａを被覆する接合材１８（半田）を加熱して行うことができる。
ここで、加熱手段に半田ごてや熱風を用いる場合は、加熱による損傷を低減するために、基体シート１４に前述のポリイミドやポリアミドイミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン、４フッ化エチレン、ポリエーテルサルフォンを用いればよい。
また、加熱手段にＹＡＧレーザーを用いる場合は、回路フィルム６の基体シート１４として透明なシート部材を用い、基体シート１４の裏面側から、コンタクト部１５ａをＹＡＧレーザーで照射できるようにすればよい。
本実施形態に係る製造方法において、熱処理工程は、例えば、後述するラミネート工程と架橋工程とを有する。
＜ラミネート工程＞
次に、図７（ｂ）に示すように、上述のモジュール積層体１９をラミネーター２１により、真空中で脱気しながら加圧し、かつ熱処理する。この熱処理により、溶融した受光面側封止材シート３ａと第１の非受光面側封止材シート５ａとを接着し、受光面側封止材３と第１の非受光面側封止材５を形成することで、モジュール積層体１９の層間を接着して、各部材を一体化する。
本工程においては、モジュール積層体１９の回路フィルム６上に、耐熱性の軟質樹脂２２を載置して加圧してもよい。軟質樹脂２２としては、針入度が５０〜２００であり耐熱性を有するアクリルゲルやシリコンゲルを用いることができる。このように柔軟性の高い軟質樹脂２２を用いることで、軟質樹脂２２が凸部１６の内壁を均等に加圧しやすい。そのため、ラミネート時の応力集中に伴う太陽電池素子４のクラック発生などを低減しつつ、出力取出電極１０とコンタクト部１５ａとの接触を安定させ、貫通孔１３内に気泡が残らないように、太陽電池素子４と回路フィルム６との間を第１の非受光面側封止材シート５ａで充填することができる。
＜架橋工程＞
ラミネートされたモジュール積層体１９を架橋炉で受光面側封止材３と第１の非受光面側封止材５との架橋度が９０％以上となるまで加熱する。このときの加熱温度は、例えば、１２０℃から１５０℃で保持することができる。その後、熱処理されたモジュール積層体１９の非受光面側にポリフェニレンエーテル樹脂等からなる端子ボックス７を接着剤で固定する。このようにして、太陽電池モジュール１が製造される。
以上のような太陽電池モジュール１の製造方法を用いることにより、太陽電池素子４の出力取出電極１０と回路フィルム６との間に、適切な厚みの接合材１８を設けることができ、高い機械的強度を確保し信頼性の高い太陽電池モジュール１を製造することができる。すなわち、太陽電池素子４の出力取出電極１０と配線導体１５との間に位置する接合材１８の厚みを、太陽電池素子４と回路フィルム６との間に配された非受光面側封止材５の厚みよりも小さくすることができる。その結果、簡易な構造で、太陽電池素子と配線導体の接合強度を高くするとともに、接合材が厚くなりすぎることによって生じやすい、接合材におけるクラックや剥離の発生を低減することができる。
また、太陽電池素子４毎に複数本の銅箔等で電気的接続をする必要がないことから、生産効率を高めることができる。
≪第６の実施形態に係る太陽電池素子の製造方法≫
本発明の第６の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について説明する。本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は、ラミネート工程の後に半田付け工程を行う点で、第５の実施形態と相違する。
具体的には、半田ごてや熱風、ＹＡＧレーザーで回路フィルム６側から基体シート１４越しにコンタクト部１５ａを被覆する接合材１８（半田）を加熱して半田付けを行う。
この半田付け工程を、ラミネート工程後に行うことで、半田付け工程時に、太陽電池素子４が受光面側封止材３と第１の非受光面側封止材５との間で充填されて固定された状態となる。これにより、回路フィルム６と太陽電池素子４との熱膨張率の違いに伴う反りの発生を低減することができる。また、本実施形態では、ラミネート工程後に半田付けを行うため、受光面側封止材３および第１の非受光面側封止材５に対する半田付け時の熱による影響を小さくすることができる。例えば、半田付け工程において、受光面側封止材３および第１の非受光面側封止材５の融解等を低減することができる。
≪第７の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法≫
本発明の第７の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法について説明する。本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法は、接合材１８に導電性接着剤を用いた場合に適用できる点、および接続工程と熱処理工程とを１つの工程で行う点で、第５の実施形態と相違する。接続工程と熱処理工程とを１つの工程で行う点とは、より具体的には、少なくとも接続工程とラミネート工程と架橋工程とを１つの工程で行う点である。以下、第５の実施形態と異なる点について、説明する。
＜位置決め工程＞
まず、図９に示すように、透光性基板２の非受光面側に受光面側封止材シート３ａを載置し、その受光面側封止材シート３ａ上に太陽電池素子４を配列する。次に、太陽電池素子４の出力取出電極１０と第１の非受光面側封止材シート５ａの貫通孔１３とが相対するように、太陽電池素子４の上に非受光面側封止材シート５ａを重ねる。その後、貫通孔１３に相対する出力取出電極１０の上であって、貫通孔１３内にペースト状の接合材１８（導電性接着剤）を注入する。次に、回路フィルム６の凸部１６が貫通孔１３を通り、コンタクト部１５ａと出力取出電極１０とが相対するように、第１の非受光面側封止材シート５ａに回路フィルム６を重ね合せる。これにより、モジュール積層体１９を形成する。
＜ラミネート工程＞
次に、モジュール積層体１９をラミネーター２１により、真空で脱気しつつ加熱加圧する。これにより、モジュール積層体１９の層間を接着して各部材を一体化する。このとき、本実施形態においては、接合材１８（導電性接着剤）も架橋硬化することで、コンタクト部１５ａと出力取出電極１０とを電気的に接続する。すなわち、本工程は、第５の実施形態に係る接続工程を兼ねている。
また、本実施形態においては、接合材１８に導電性接着剤を用いるとともに柔軟性の高い軟質樹脂２２を用いることで、図８に示すようにパスカルの原理が働くことから、軟質樹脂２２が凸部１６の内壁を均質に加圧する効果が高まる。その結果、応力集中に伴う太陽電池素子４でのクラックの発生を低減するとともに出力取出電極１０とコンタクト部１５ａとの接触の信頼性を高めることができる。
なお、本実施形態においては、接続工程と熱処理工程を１つの工程で行う形態の一例として、接続工程とラミネート工程と架橋工程を１つの工程で行う形態を例示したが、架橋工程は、接続工程とは異なる工程で行っても構わない。すなわち、架橋工程は、適宜接続工程と同じ工程で行うことができる。
以上、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール、および太陽電池モジュールの製造方法について、具体的な形態を例示して説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
例えば、本発明の他の実施形態に係る太陽電池モジュールは、上述した実施形態を種々組合せたものであってもよい。
１、３１、４１：太陽電池モジュール
２：透光性基板
３：受光面側封止材
３ａ：受光面側封止材シート
４：太陽電池素子
４ａ：第１の太陽電池素子
４ｂ：第２の太陽電池素子
５：第１の非受光面側封止材
５ａ：第１の非受光面側封止材シート
６：回路フィルム
７：端子ボックス
８ａ：第１の面（受光面）
８ｂ：第２の面（非受光面）
９：半導体基板
１０：出力取出電極
１１：集電電極
１２：連通孔
１３：貫通孔
１４：基体シート
１４ａ、１４ｃ：シート層
１４ｂ：防湿層
１５：配線導体
１５ａ：コンタクト部
１５ｂ：基部
１６：凸部
１７：絶縁被膜
１８：接合材
１９：モジュール積層体
２０ａ：金属フィラー
２０ｂ：バインダー樹脂
２１：ラミネーター
２２：軟質樹脂
２３：凹部
２４：切り込み部
２５：第２の非受光面側封止材
２６：裏面保護フィルム

Claims (8)

  1. 光を受ける第１の面および該第１の面の裏面に相当する第２の面を有する半導体基板、ならびに前記第２の面上に位置する出力取出電極、を備えるとともに隣り合って配列される複数の太陽電池素子と、
    前記複数の太陽電池素子の前記第２面上に配されるとともに、貫通孔を有している封止材と、
    該封止材上に配されるとともに、前記貫通孔に配される接合材を介して第１の太陽電池素子と該第１の太陽電池素子と隣り合う第２の太陽電池素子とを電気的に接続する回路フィルムとを備え、
    該回路フィルムは、前記第２の面に向かって突出する凸部を有する基体シートと、前記凸部の頂面に直に固定されるとともに、前記貫通孔内に配された前記接合材を介して前記第１の太陽電池素子の前記出力取出電極と前記第２の太陽電池素子の前記出力取出電極とを電気的に接続する配線導体とを備えている、太陽電池モジュール。
  2. 前記基体シートは、前記凸部の周囲に凹部を有している、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記接合材は、前記凸部の周囲を覆うように配されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記基体シートは、前記凸部の周囲に切り込み部を有している、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記接合材は、前記切り込み部を覆うように配されている、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  6. 光を受ける第１の面および該第１の面の裏面に相当する第２の面を有する半導体基板、ならびに前記第２の面上に位置する出力取出電極を備えるとともに隣り合って配列される複数の太陽電池素子を準備する工程と、
    表面および裏面を有する封止材材料に、前記表面から前記裏面に貫通する貫通孔を設ける穿孔工程と、
    一主面上に凸部を有する基体シートおよび前記凸部の頂面に直に固定された配線導体を有する回路フィルムを、前記封止材材料に対して、前記凸部が前記貫通孔内に位置するように配設する位置決め工程と、
    第１の太陽電池素子の前記出力取出電極と前記第１の太陽電池素子と隣り合う第２の太陽電池素子の前記出力取出電極とを接合材を介して前記配線導体で電気的に接続する接続工程と、
    前記封止材材料を熱処理して、封止材を形成する熱処理工程とを備える、太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 前記接合材に、半田を用い、前記接続工程後に前記熱処理工程を行う、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 前記接合材に、樹脂を含む導電性接着剤を用い、
    前記接続工程と前記熱処理工程とを同じ工程で行う、請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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