JP2004140100A

JP2004140100A - 薄膜太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2004140100A
Application number: JP2002302132A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Horioka; 堀岡　竜治; Kazuhiko Ogawa; 小川　和彦; Shinichiro Mamase; 間々瀬　慎一郎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: JP4101606B2

Abstract

【課題】発電に用いられる受光面の有効面積を妨げないように配線がなされた薄膜太陽電池モジュールにおいて、その配線と光電半導体層の間の絶縁性または耐水性、および電極付近における絶縁性または耐水性に関し、高い信頼性を持つ薄膜太陽電池モジュールを、簡易な手段で提供する。
【解決手段】配線の裏面電極に面した片面に絶縁テープを配置して充填材に埋設するとともに、バスバーとの接点では配線と絶縁テープを裏面電極とバスバーの隙間に配置することで、絶縁テープのバス領域付近における熱伸縮の影響を減らす。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜太陽電池に関し、特に薄膜太陽電池の絶縁構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜太陽電池は、ガラスなどの透明な絶縁性の基板の上に複数の発電セルを有している。該発電セルは、高電圧を出力するために、電気的に直列に接続されている。
【０００３】
太陽電池モジュールは、外部に電力を供給するために、端子ボックス等の接続手段を備えている。薄膜太陽電池が発生した電力を端子ボックス等の接続手段に導く配線は、発電に用いられる受光面の有効面積をできるだけ妨げないことが望ましい。そのような配線方法として、発電セルの裏面（受光面と反対側の面）に沿って配線が配置された薄膜太陽電池が知られている。この方法において、発電セルの裏面と配線の間には、何らかの絶縁手段が設けられる。
【０００４】
発電セルの裏面と配線との間の絶縁手段として、次の構成が知られている（特許文献１参照）。図３を参照して、薄膜太陽電池は、直列に接続された複数の発電セル１０１を備えており、発電セル１０１が発生した電力は、電極１０２に集められる。電極１０２に集められた電力は、導電材１０３を通して配線１０４によって太陽電池モジュールの外部に供給される。配線１０４と発電セル１０１のあいだを絶縁するために、発電セル１０１の上にストリップ状に絶縁材１０５が敷かれている。発電セル１０１は、熱可塑性の樹脂である充填材１０６によって保護される。充填材１０６は保護カバー１０７で封止される。
【０００５】
また発電セルの裏面と配線との間の絶縁手段として、図４に示すように、配線１０４と発電セル１０１との間を絶縁するために、配線１０４を絶縁材１０８で全面被覆した構成が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
太陽電池は２０年以上の長期間、野外に設置された状態で使用される。そのため太陽電池の絶縁性は長期にわたって安定的に保たれる必要がある。絶縁性と関係して、長期間の使用に耐える耐久性を保つために、高い防水性が要求される。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３２６４９７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、長期の使用において高い絶縁性または耐水性を保つ薄膜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。
【０００９】
本発明の他の目的は、長期の使用において高い絶縁性または耐水性を保ち、構造が簡単な薄膜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。
【００１０】
本発明の他の目的は、長期の使用において高い絶縁性または耐水性を保ち、製造方法が簡易な薄膜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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明による薄膜太陽電池モジュール（１）は、基板（２）を有している。基板（２）の主面の上には、受光した光によって電力を発生する発電セル（７）が設けられている。発電セル（７）が発生する電力は、導体（８ａ）に集められる。導体（８ａ）には、発電セル（７）が発生した電力を薄膜太陽電池モジュール（１）の外部に取り出す箔状の配線（１０）が接続されている。配線（１０）が有する複数の面のうち、発電セル（７）に対向する対向面には絶縁材（１１）が配置され、配線（１０）と発電セル（７）との間を絶縁する。
【００１３】
このような構成の薄膜太陽電池モジュールは、構造が単純で、簡易な製造方法によって製造される。
【００１４】
また本発明における薄膜太陽電池モジュール（１）は、基板（２）の該主面の側を被覆する保護カバー（１３）を備えている。発電セル（７）と保護カバー（１３）との間には充填材（１２）が充填されている。充填材（１２）は、薄膜太陽電池モジュール（１）の内部を外気の影響から遮断し、部材の劣化を防いでいる。
【００１５】
配線（１０）と絶縁材（１１）は、充填材（１２）に埋め込まれている。配線（１０）は複数の面を有しており、そのうち発電セル（７）に面する対向面は絶縁材（１１）に接合しており、他の面は充填材（１２）に直接に接している。
【００１６】
配線（１０）の両面を絶縁材（１１）によって被覆すると、配線（１０）に用いられる箔の厚さのために、配線の側面に沿って線状に両面の絶縁材（１１）が密着しない隙間（１９）ができる。この隙間（１９）は、充填材が存在しない空間であり、水分の侵入経路になる可能性がある。配線（１０）が有する複数の面のうち、発電セル（７）と対向する対向面は絶縁材（１１）と密着し、他の面は充填材（１２）に直接、接している構造では、こうした隙間（１９）はできずに、配線（１０）と絶縁材（１１）のまわりは充填材（１２）で隙間なく埋められる。これにより配線（１０）と被覆材（１１）は空気や水分から遮断され、長期にわたって高い絶縁性あるいは耐水性が保たれる。
【００１７】
さらに、配線（１０）の対向面だけを絶縁材（１１）によって被覆した構成では、配線（１０）の他の面も被覆するのに比べて組み立て工程数が少なく、かつ使用する部材を節約できる。
【００１８】
また、本発明による薄膜太陽電池モジュールにおいて、電力を集める導体（８ａ）は、電極（８）と導電材（９）を含んでいる。電極（８）は、複数の接点（２０）で導電材（９）に接続されている。導電材（９）には、配線（１０）が接続されており、配線（１０）は、その片面に配置された絶縁材（１１）によって発電セル（７）との間を絶縁されている。
【００１９】
配線（１０）のうち導電材（９）に接合される接合部と、絶縁材（１１）のうちその接合部において配線（１０）に接合している部分とは、電極（８）と導電材（９）の間に配置される。
【００２０】
このような構成をもつ薄膜太陽電池モジュール（１）において、絶縁材（１１）が熱によって伸長した場合、絶縁材（１１）は電極（８）と導電材（９）との間に敷かれているために、導電材（９）に突き当たって変形するという問題を生じない。絶縁材（１１）が熱によって収縮した場合、絶縁材（１１）は設置時に電極（８）の上まで配置されているため、絶縁材（１１）のうち電極（８）の上に配置された部分が収縮しても、配線（１０）と発電セル（７）との間は確実に絶縁が保たれる。したがって、このような構成の薄膜太陽電池モジュールは、絶縁材の熱伸縮に対して安定した性質を持ち、長期間の使用において高い絶縁性を保つ。
【００２１】
更に、絶縁材（１１）が熱膨張して導電材（９）に突き当たって変形すると、絶縁材（１１）が充填材（１２）を圧迫して、絶縁材（１１）の付近に充填材（１２）が無い隙間が生じる可能性がある。こうした隙間は、長期間の使用においては水分の侵入経路となる可能性がある。本発明による薄膜太陽電池モジュールは、こうした隙間ができる可能性を低減し、長期間の使用において高い耐水性を保つ。
【００２２】
更に、こうした構成を取ることによって、絶縁材（１１）の熱伸縮性に対して設計上要求される条件が緩和されるため、高い信頼性を保った上で、材料を選択する上の自由度が増す。
【００２３】
更に、このような構成をもつ薄膜太陽電池モジュールは、構造が単純であり、簡易な製造方法で製造される。
【００２４】
また、本発明による薄膜太陽電池モジュールにおいて、配線（１０）と絶縁材（１１）とは、長手方向に連続した隙間が無い状態で密着されている。密着は、真空ラミネートに例示される手段で行われる。
【００２５】
こうした構成をもつ薄膜太陽電池モジュールは、配線（１０）と絶縁材（１１）の相対的な位置がずれる可能性を低減し、長期間の使用において高い絶縁性を保つ。配線（１０）と絶縁材（１１）との間が長手方向に連続した隙間が無い状態で密着されていると、水分の侵入経路になる可能性のある隙間が無く、さらに長期間の使用において配線（１０）と絶縁材（１１）が徐々にはがれてくる可能性が低減する。そのため、長期間の使用において高い絶縁性あるいは耐水性が保たれる。
【００２６】
こうした構成をもつ薄膜太陽電池モジュールを製造する際、配線（１０）の片面に絶縁材（１１）を密着させた後、該片面を発電セル（７）に面する向きにして、配線（１０）が導体（８ａ）に接合される。こうした薄膜太陽電池の製造方法は、配線（１０）を薄膜太陽電池モジュール（１）に設置する際に、配線（１０）と絶縁材（１１）の相対的な位置がずれないための格別な注意を払う必要がなく、簡易な作業で高い信頼性が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による薄膜太陽電池モジュールの実施の形態を、図を参照しながら示す。
【００２８】
図１は、本発明による薄膜太陽電池モジュールの実施の形態を示す断面図である。薄膜太陽電池モジュール１は、ガラス等の透明な材質でできた絶縁基板２を備えている。絶縁基板２の上には透明電極層４が形成され、透明電極層４の上には光電素子からなる薄膜半導体層５が形成され、薄膜半導体層５の上には裏面電極層６が形成される。透明電極層４、薄膜半導体層５、裏面電極層６の三層は、発電層３をなしている。
【００２９】
発電層３は、レーザーによって加工されることで、直列に接続された複数の発電セル７と、発電セル３の両端の電極８とに分けられる。電極８の裏面電極層６の上には、良導体であるバスバー９が設置されている。
【００３０】
バスバー９は、銅箔の配線１０に接続されている。配線１０は、発電セル７の裏面電極層６に沿って配置される。配線１０の裏面電極層６に対向する面には、帯状の絶縁材１１が接着され、配線１０と発電セル７の間を絶縁する。絶縁材１１の素材としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）性の樹脂が好適に用いられる。
【００３１】
配線１０と絶縁材１１は、あらかじめ真空ラミネートに例示される接着手段によって接着される。こうして接着された絶縁材１１は、配線１０との相対的な配置がずれることなく、簡易な手段で配線１０と裏面電極層６の間を確実に絶縁する。絶縁材１１を配線１０の片面に接着する作業は、両面を被覆する作業に比べて工程数が少なく、使用される部材も少ない。
【００３２】
裏面電極層６は、充填材１２によって保護されている。充填材１２は熱可塑性の樹脂である。充填材１２は、配線１０および絶縁材１１を埋設し、太陽電池モジュール１の内部を外気の影響から保護する。充填材１２としては、ＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合体）、ＰＶＢ（ポリビニールブラチール）、シリコーン等の樹脂が例示される。
【００３３】
配線１０の発電セル７に対向する面は絶縁材１１で被覆されており、他の面は直接、充填材に接している。図５を参照して、箔状の配線１０を帯状の絶縁材１１で両面被覆すると、配線１０の厚さのために、配線１０の両側面に沿って線状の隙間１９ができる。隙間１９は充填材１２が充填されていない空間であり、水分の侵入経路になる可能性がある。隙間１９は、長期間の使用において次第に広がる可能性がある。絶縁材１１の発電セル３に対向する面が絶縁材で被覆され、他の面が充填材に接した構成では、隙間１９は生じない。
【００３４】
配線１０として銅箔を用い、充填材１２としてＥＶＡを採用すると、配線１０の厚さは５０μｍ程度であり、ＥＶＡは１０μｍ程度の隙間にも入り込む。そのため、配線１０とその片面に被覆された絶縁材１１のまわりは、充填材１２が隙間なく充填され、高い防水性が得られる。
【００３５】
充填材１２は、保護カバー１３によって封止されている。配線１０は、保護カバー１３に設けられた取出し口１４を通って端子ボックス１５のなかに導かれ、端子１７に接続される。端子１７には図示しないケーブルが接続され、図示しないケーブルは、端子ボックス１５の外部に延びている。端子ボックス１５の内部はポッティング材が充填され保護されている。
【００３６】
本発明におけるバスバー９と配線１０の接続部の構成を図２に示す。裏面電極層６の上には、絶縁材１１が配置され、絶縁材１１の上には、それより幅の狭い配線１０が接着されている。絶縁材１１と配線１０は、その一端が電極８の領域に置かれている。
【００３７】
電極８の裏面電極層６の上には、絶縁材１１と配線１０を跨いで、バスバー９が設置される。バスバー９は、半田２０によって裏面電極層６に接続される。バスバー９と配線１０は、半田２１によって接続される。半田２０または半田２１は、導電性ペーストに例示される他の導電性の接着部材によって代替されてもよい。
【００３８】
こうした構成を持つ薄膜太陽電池モジュールにおいて、絶縁材１１が熱膨張した場合、絶縁材１１がバスバー９と裏面電極層６の間の隙間をくぐる位置に配置されているために、絶縁材１１はバスバー９に突き当たって変形することなく伸張する。絶縁材１１が熱収縮した場合、電極８に配線１０が接触してもショートにならないので、絶縁材１１はバスバー９の幅の分収縮しても、配線１０と発電セル７との間の絶縁を維持する。したがって、本発明による薄膜太陽電池モジュールは、絶縁材の熱伸縮に対して安定した性質を持つ。
【００３９】
こうした配置を取ることによって、絶縁材１１として用いられる材料の熱伸縮性に対する設計上の要求が緩和されるため、高い信頼性を保ちつつ、絶縁材１１として用いる材料を選択する際に自由度が高くなる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によって、長期の使用において高い絶縁性または耐水性を保つ薄膜太陽電池モジュールとその製造方法が提供される。
【００４１】
本発明によって、長期の使用において高い絶縁性または耐水性を保ち、構造が簡単な薄膜太陽電池モジュールが提供される。
【００４２】
本発明によって、長期の使用において高い絶縁性、耐水性を保つ太陽電池モジュールが簡易な製造方法で提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態のバス領域付近を示す斜視図である。
【図３】図３は、従来の発明における絶縁構造の実施例を示す積層斜視図である。
【図４】図４は、従来の発明における絶縁構造の実施例を示す積層斜視図である。
【図５】図５は、絶縁材で両面を被覆された箔状の配線を示す破断斜視図である。
【符号の説明】
１…太陽電池モジュール
２…透明絶縁基板
３…発電層
４…透明電極層
５…薄膜半導体層
６…裏面電極層
７…発電セル
８…電極
８ａ…導体
９…導電材
１０…配線
１１…絶縁材
１２…充填材
１３…保護カバー
１４…取出し口
１５…端子ボックス
１６…ポッティング材
１７…端子
２０、２１…半田
１０１…発電セル
１０２…電極
１０３…導電材
１０４…配線
１０５…絶縁材
１０６…充填材
１０７…保護カバー
１０８…絶縁材

Claims

基板と、
前記基板の主面の上に形成され、受光した光によって電力を発生する発電セルと、
前記電力を集める導体と、
前記導体に接続され、当該薄膜太陽電池モジュールの外部に前記電力を取り出す箔状の配線と、
前記配線が有する複数の面のうち、前記発電セルに対向する対向面に配置され、前記配線と前記発電セルとのあいだを絶縁する絶縁材
とを具備する、
薄膜太陽電池モジュール。
請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュールにおいて、さらに、
前記基板の前記主面の側を被覆する保護カバーと、
前記発電セルと前記保護カバーとの間に充填される充填材
とを具備し、
前記配線と前記絶縁材とは、前記充填材に埋め込まれ、
前記配線が有する前記複数の面のうち、前記対向面以外の面は，前記充填材に直接に接する
薄膜太陽電池モジュール。
請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュールにおいて、
前記導体は、
前記発電セルに接続される電極と、
前記電極に沿って延設され、前記電極に複数の接点で接続された導電材とを含み、
前記配線は、前記導電材に接合され、
前記配線のうち前記導電材に接合される接合部と、前記絶縁材の前記接合部に接合する部分とは、前記電極と前記導電材との間に位置する
薄膜太陽電池モジュール。
受光した光によって電力を発生する発電セルと、
前記電力を集める電極と、
前記電極に沿って延設され、前記電極に複数の接点で接続された導電材と、
前記導電材に接続され、当該薄膜太陽電池モジュールの外部に前記電力を取り出す箔状の配線と、
前記配線が有する複数の面のうち、前記発電セルに対向する対向面に配置され、前記配線と前記発電セルとの間を絶縁する絶縁材
とを具備し、
前記配線のうち前記導電材に接合される接合部と、前記絶縁材の前記接合部に接合する部分とは、前記電極と前記導電材との間に位置する
薄膜太陽電池モジュール。
請求項１から４のうちのいずれか一つに記載の薄膜太陽電池モジュールにおいて、
前記絶縁材と前記配線とは、長手方向に連続した隙間が無い状態に密着された、
薄膜太陽電池モジュール。
受光した光によって電力を発生する発電セルを形成するステップと、
前記電力を集める導体を設けるステップと、
箔状の配線の片面に帯状に絶縁材を接着するステップと、
前記片面を前記発電セルに面する向きにして、前記配線を前記導体に接合するステップ
とを含む、薄膜太陽電池モジュールの製造方法。