JP4565976B2 - Solar cell module - Google Patents
Solar cell module Download PDFInfo
- Publication number
- JP4565976B2 JP4565976B2 JP2004338865A JP2004338865A JP4565976B2 JP 4565976 B2 JP4565976 B2 JP 4565976B2 JP 2004338865 A JP2004338865 A JP 2004338865A JP 2004338865 A JP2004338865 A JP 2004338865A JP 4565976 B2 JP4565976 B2 JP 4565976B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- solar cell
- bus bar
- inner lead
- solder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、シリコン等を用いて形成された太陽電池素子の複数個を互いに配線した太陽電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a solar cell module in which a plurality of solar cell elements formed using silicon or the like are interconnected.
太陽電池素子30の一般的な構造を図7に示す。図7(a)は従来の太陽電池素子を示す断面構造図、図7(b)は従来の太陽電池素子の表側を示す上視図、図7(c)は裏側を示す下視図である。
A general structure of the
図中、21は一導電型を示す半導体基板であるシリコン基板(例えばボロン原子がドープされてP型を呈する)、22はシリコン基板21の受光面(表面)部分にリン原子が高濃度に拡散されN型の導電型を呈する拡散領域、23は、例えばプラズマCVD法によって設けられた窒化シリコンの反射防止膜、24は表側電極、25、26は裏側電極であり、それぞれ裏面から出力を取り出すためのバスバー電極25と光キャリアを集電するための集電極26とを含んでなる。表側電極24は、図7(b)に示すように、表側のバスバー電極24aと、このバスバー電極24aと略直交するフィンガー電極24bとを含んで構成され、主成分として銀を含む金属ペーストを印刷・焼成して得られる。
In the figure,
裏側電極のうち、集電極26は、主成分としてアルミニウムを含む金属ペーストを印刷・焼成して得られ、一般にこれがシリコンに焼き付けられた際には裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ裏面電界領域としての効果があることも知られている。また、裏側電極のうち、バスバー電極25は裏面から出力を取り出す機能を有し、表側電極24と同様に、主成分として銀を含む金属ペーストを印刷・焼成して得られる。なお、バスバー電極25と集電極26とは相互に電気的伝導を保つために、互いの一部分を重ねて形成されることが多い。
Among the backside electrodes, the
なお、このようにして形成された太陽電池素子30は、通常、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、一般的に複数の太陽電池素子を直並列に接続した太陽電池モジュールとして用いられる。そして、さらにこの太陽電池モジュールを複数枚組み合わせることによって、実用的な電気出力が取り出せるように構成される。
Note that the
図8(a)に一般的な太陽電池モジュールの構造を示す。複数の太陽電池素子30は、インナーリード28によって電気的に接続され、透光性パネル31と裏面保護材33の間にエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)などを主成分とする充填材32で気密に封入されて、太陽電池モジュール36を構成している。太陽電池モジュール36の出力は、出力配線34を経て端子ボックス35に接続されている。
FIG. 8A shows the structure of a general solar cell module. The plurality of
インナーリード28は、例えば、銅箔を主体としその表面に半田がコートされた導電性の材質からなる。これを所定の長さに切断し、太陽電池素子の出力取出電極である表側電極のバスバー電極24aと、隣接する太陽電池素子の裏側のバスバー電極25に半田付けして用いる。
The
このとき、あらかじめ太陽電池素子30を半田槽などに浸漬して引き上げるディップ引き上げ法や半田の噴流中に浸漬する噴流法などによって、半田との濡れ性の良好な銀を主成分とする表側電極24と、裏側電極のバスバー電極25に半田の被覆を形成しておくことによって、インナーリード28との半田付けが容易になるため、従来から広く行われている。
上述のような構造を有する太陽電池素子の裏面側において、アルミニウムを主成分とする集電極26と銀を主成分とするバスバー電極25との間に合金が形成されて、半田が付着しづらかったり、厚くなりすぎて割れたりする場合があった。
On the back side of the solar cell element having the above-described structure, an alloy is formed between the
これに対して、特許文献1には、アルミニウムの集電極26に開口部を設けて形成し、その後、銀のバスバー電極25を一部が重なるように形成することによってこの問題の解決を図った例が記載されている。しかしながら、このような太陽電池素子を用いて形成した太陽電池モジュールにおいて、裏側電極のバスバー電極25の亀裂や剥がれ、また、接合した半田27の剥がれ、亀裂が発生し出力低下する問題があった。
On the other hand, in
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、裏側電極の亀裂、剥がれ、裏側電極とインナーリードの半田接合部の剥がれ、亀裂発生による出力低下を低減させた信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and has high reliability with reduced cracking and peeling of the back electrode, peeling of the solder joint between the back electrode and the inner lead, and reduction in output due to cracking. An object is to provide a solar cell module.
上記目的を達成するために、発明者は、鋭意検討を行ったところ、次のような事実を知見した。図8に従来の太陽電池モジュールの裏側電極部の断面の部分拡大図を示す。なお、この断面は、インナーリード28に対して略直交する平面で切断した位置である。
In order to achieve the above object, the inventor conducted intensive studies and found the following facts. FIG. 8 shows a partially enlarged view of a cross section of a back side electrode portion of a conventional solar cell module. This cross section is a position cut along a plane substantially orthogonal to the
特許文献1に記載された構造によれば、アルミニウムの集電極26に設けられた開口部29の上にバスバー電極25がその端縁部を重ね合わせて形成されている。このバスバー電極25上にインナーリード28を半田27によって半田付けして接合した場合、バスバー電極25と集電極26の境界部に半田メニスカスの端部27aが形成される。発明者が行ったシミュレーションによれば、温度サイクルの熱ストレスによって、この半田メニスカスの端部27aに高い応力が発生することがわかった。その結果、バスバー電極25や半田27の接合部の亀裂・剥がれが発生し出力低下するものと推測される。
According to the structure described in
発明者は以上の結論から着想を得て、実験を繰り返し行い、以下に示す本発明の構成に到達した。即ち、本発明の太陽電池モジュールは、半導体基板と、この半導体基板の一主面側の略全面に設けられ、所定位置に複数の開口部を有する集電極と、前記複数の開口部を覆い隠すように、前記集電極に接続された出力取出用のバスバー電極と、を備えた太陽電池素子と、前記バスバー電極を被覆する半田と、前記複数の開口部の上部を通るように設けられ、かつ前記半田を介して前記バスバー電極に接続された細長形状のインナーリードと、を具備して成る太陽電池モジュールであって、前記インナーリードの長手方向に対して略直交する部分が、前記半田を介して前記バスバー電極のみに接続されており、前記インナーリードの長手方向に対して略直交し、前記開口部を通る平面で切断した断面形状において、前記開口部の前記半導体基板側の幅L1と、前記バスバー電極の幅L2とが、1.7≦L2/L1≦3.1となるようにした。
The inventor obtained an idea from the above conclusion, repeated experiments, and reached the configuration of the present invention shown below. That is, the solar cell module of the present invention is provided on a semiconductor substrate, a substantially entire surface on one main surface side of the semiconductor substrate, and has a plurality of openings at predetermined positions, and covers the plurality of openings. as the solar cell element and a bus bar electrode for power takeout connected to the collector electrode, a solder covering the bus bar electrode provided so as to pass through the upper portion of the plurality of openings, and An elongated inner lead connected to the bus bar electrode via the solder, and a portion substantially perpendicular to the longitudinal direction of the inner lead is interposed via the solder. is connected only to the bus bar electrode Te, the substantially perpendicular to the longitudinal direction of the inner lead, the cross-sectional shape taken along a plane passing through said opening, said semiconductor substrate of said opening The width L 1 of, and the width L 2 of the bus bar electrode was made to be 1.7 ≦ L 2 / L 1 ≦ 3.1.
また、前記バスバー電極は、前記複数の開口部を覆い隠すとともに、これらの開口部に対応する位置に設けられた複数の個別電極と、これらの個別電極同士を前記開口部以外の位置で接続する共通電極と、を備えるようにした。 The bus bar electrode covers the plurality of openings, and connects the individual electrodes provided at positions corresponding to the openings to positions other than the openings. And a common electrode.
さらに、前記個別電極は、前記インナーリードの長手方向における幅が4mm以上20mm未満となるようにした。 Further, the individual electrode has a width in the longitudinal direction of the inner lead of 4 mm or more and less than 20 mm.
そして、前記個別電極は、前記インナーリードの長手方向における幅が4mm未満であり、このインナーリードが設けられる位置に、隣接する個別電極同士を相互に接続するバイパス電極が設けられるようにした。 The individual electrode has a width in the longitudinal direction of the inner lead of less than 4 mm, and a bypass electrode for connecting adjacent individual electrodes to each other is provided at a position where the inner lead is provided.
また、前記個別電極の端縁部は、前記開口部の端縁部と重ね合わされるとともに、前記インナーリードと略直交する方向における両側の重なり部の合計が5mm以上15mm以下となるようにした。 Further, the edge portion of the individual electrode is overlapped with the edge portion of the opening, and the sum of the overlapping portions on both sides in the direction substantially perpendicular to the inner lead is 5 mm or more and 15 mm or less.
さらに、前記個別電極の端縁部は、前記開口部の端縁部と重ね合わされるとともに、前記インナーリードの長手方向における両側の重なり部の合計が0.25mm以上20mm以下となるようにした。 Further, the edge of the individual electrode is overlapped with the edge of the opening, and the total of the overlapping portions on both sides in the longitudinal direction of the inner lead is 0.25 mm or more and 20 mm or less.
そして、前記インナーリードの幅L3と、前記開口部の前記半導体基板側の幅L1とが、0.3≦L3/L1≦0.7となるようにした。 Then, the width L 3 of the inner leads, the width L 1 of the semiconductor substrate side of the opening, was set to be 0.3 ≦ L 3 / L 1 ≦ 0.7.
また、前記半田は、前記インナーリードと前記バスバー電極とを接続する箇所の厚みが25μm以上100μm以下となるようにした。 Further, the solder has a thickness of 25 μm or more and 100 μm or less at a portion connecting the inner lead and the bus bar electrode.
以上のように、本発明の太陽電池モジュールによれば、半導体基板と、この半導体基板の一主面側の略全面に設けられ、所定位置に複数の開口部を有する集電極と、前記複数の開口部を覆い隠すように、前記集電極に接続された出力取出用のバスバー電極と、を備えた太陽電池素子と、前記バスバー電極を被覆する半田と、前記複数の開口部の上部を通るように設けられ、かつ前記半田を介して前記バスバー電極に接続された細長形状のインナーリードと、を具備して成る太陽電池モジュールであって、前記インナーリードの長手方向に対して略直交する部分が、前記半田を介して前記バスバー電極のみに接続されており、前記インナーリードの長手方向に対して略直交し、前記開口部を通る平面で切断した断面形状において、前記開口部の前記半導体基板側の幅L1と、前記バスバー電極の幅L2とが、1.7≦L2/L1≦3.1となるようにした。 As described above, according to the solar cell module of the present invention, the semiconductor substrate, the collector electrode provided on substantially the entire main surface of the semiconductor substrate and having a plurality of openings at predetermined positions, so as to cover the opening, and the solar cell element and a bus bar electrode of the collector electrode connected to an output take-out, and solder that covers the bus bar electrode, so as to pass through the upper portion of the plurality of openings And an elongated inner lead connected to the bus bar electrode via the solder, and a portion substantially orthogonal to the longitudinal direction of the inner lead the are only connected to the bus bar electrode through the solder, the substantially perpendicular to the longitudinal direction of the inner lead, the cross-sectional shape taken along a plane passing through said opening, said opening Serial width L 1 of the semiconductor substrate side, and the width L 2 of the bus bar electrode was made to be 1.7 ≦ L 2 / L 1 ≦ 3.1.
このような構成とすることによって、バスバー電極の周辺部と集電極上との重なり部が長くなり、バスバー電極に半田が濡れ広がりやすくなる。半田が濡れ広がることによって、バスバー電極にインナーリードを半田接合したときの半田メニスカス部の端部の角度をより小さくすることが可能となる。その結果、半田によってバスバー電極と集電極との重なり部分にかかっていた応力集中を緩和させることができるから、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を低減させ、高い信頼性の太陽電池モジュールとすることができる。 By adopting such a configuration, the overlapping portion between the peripheral portion of the bus bar electrode and the collector electrode becomes long, and the solder easily spreads over the bus bar electrode. By spreading the solder wet, the angle of the end portion of the solder meniscus portion when the inner lead is soldered to the bus bar electrode can be further reduced. As a result, the stress concentration applied to the overlapping part between the bus bar electrode and the collector electrode by the solder can be alleviated, reducing the output drop due to cracking / peeling of the back side electrode and the solder joint, and a highly reliable solar It can be a battery module.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図5(a)に本発明の太陽電池モジュールに係る太陽電池素子の断面構造図、図5(b)は本発明に係る太陽電池素子の表側電極の一例を示す上視図である。 FIG. 5A is a cross-sectional structural view of the solar cell element according to the solar cell module of the present invention, and FIG. 5B is a top view showing an example of the front side electrode of the solar cell element according to the present invention.
また、図1は、本発明の太陽電池モジュールにおける特徴部分である、裏側電極の構成を示すものであり、図1(a)は本発明に係る太陽電池素子の裏側電極の一例を示す下視図、図1(b)は、図1(a)のX−X線矢視方向における裏側電極の断面の部分拡大図を示す。なお、図1は説明のためインナーリードを接続した態様で記載している。 Moreover, FIG. 1 shows the structure of the back side electrode which is the characteristic part in the solar cell module of this invention, FIG. 1 (a) is a bottom view which shows an example of the back side electrode of the solar cell element which concerns on this invention. FIG. 1 and FIG. 1B show a partially enlarged view of the cross section of the back-side electrode in the direction of arrows XX in FIG. Note that FIG. 1 is illustrated with an inner lead connected for the sake of explanation.
まず、図5を用いて、本発明に係る太陽電池素子の基本構造を説明する。基本的には、図7で説明した従来の太陽電池素子の構造と同じである。 First, the basic structure of the solar cell element according to the present invention will be described with reference to FIG. Basically, it is the same as the structure of the conventional solar cell element described in FIG.
図中、1は、例えばp型シリコンの半導体基板、2はシリコン基板1の表面側にリン原子等が高濃度に拡散され、シリコン基板1との間にpn接合を形成した逆導電型の拡散領域、3は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる反射防止膜である。さらに、シリコン基板1の表面側には表側電極4を設けるとともに、裏面側にはアルミニウム等のp型半導体不純物を多量に含んだp+領域である裏面電界領域と、アルミニウムからなる集電極6、銀を主成分とするバスバー電極5とを設けている。
In the figure, 1 is a semiconductor substrate of p-type silicon, for example, 2 is a reverse conductivity type diffusion in which phosphorus atoms and the like are diffused at a high concentration on the surface side of the
シリコン基板1は単結晶もしくは多結晶であり、一主面である受光面(表面)と、他の一主面である非受光面(裏面)とを備えている。この基板はp型、n型いずれでもよい。単結晶シリコンの場合は引き上げ法等によって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法等によって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを15cm×15cm程度の大きさに切断して、300μm程度の厚みにスライスして、シリコン基板となる。なお、以下の説明は、入手が容易であり太陽電池としての製造方法も確立しているホウ素をドープしたp型の多結晶のシリコン基板1を用いた例によって行う。
The
シリコン基板1の表面側には、シリコン基板1の導電型と逆の導電型を有する半導体不純物、例えばリン等が高濃度に拡散された逆導電型の拡散領域2が形成され、シリコン基板1との間にpn接合を形成している。また、シリコン基板1の表面側には反射防止膜3、表側電極4が設けられている。
On the surface side of the
表側電極4は、図5(b)に示されるように、格子状に形成されるのが一般的であり、例えば、図に示すようにバスバー電極4aと、このバスバー電極4aと略直交するフィンガー電極4bとを含んで構成されている。このような表側電極4は、スクリーン印刷法等により銀ペースト等を塗布した後、焼成して形成される。また、表側電極4は反射防止膜3の電極に相当する部分をエッチング除去して、この部分に表側電極4を形成する場合と、もしくは反射防止膜3の上から直接、表側電極4を焼き付けて形成する場合とがある。
As shown in FIG. 5B, the front side electrode 4 is generally formed in a lattice shape. For example, as shown in the figure, the
シリコン基板1の裏面側には、p型を呈するシリコン基板1の不純物(ホウ素)と同じ導電型を有する半導体不純物、例えばアルミニウムが高濃度に拡散された裏面電界領域と主にアルミニウムを主成分とする集電極6と、銀を主成分とするバスバー電極5が設けられている。なお、本発明に係る太陽電池素子は、これらの裏側電極の構成に特徴を有しているが、詳細については後述する。
On the back surface side of the
このような裏側電極のうち、集電極6は、スクリーン印刷法等によりアルミニウム粉末を含んだ金属ペーストをシリコン基板1の裏側の略全面に後述する所定の開口部を除いて塗布形成した後、700〜800℃で焼成することにより、シリコンのシリコン基板1のシリコンにアルミニウムが拡散して、p型半導体不純物を多量に含んだp+領域である裏面電界領域と同時に、シリコンと未反応のアルミニウム等を主体とする集電極6が形成される。裏面電界領域は、これは光の照射により基板内部で発生したキャリアの収集効率を向上させるための電界を形成するものであり、発生したキャリアが裏面で再結合することを防ぎ、太陽電池素子の変換効率を向上させたり、長波長側の感度を向上させたりする効果を有する。
Among such backside electrodes, the
次に、集電極6を形成するアルミニウムより半田濡れ性のよい、例えば銀粉末を含んだ金属ペーストを印刷、焼成してバスバー電極5を形成し、後述するインナーリード8との接続に用いる。
Next, a
このようにして作製された太陽電池素子10において、銀を主成分とする表側電極4、裏側電極のバスバー電極5の表面には、銀の酸化を防止して接続性をよくするために、半田が被覆される。半田を被覆するためには、例えば、太陽電池素子10を半田槽などに浸漬して引き上げるディップ引き上げ法や半田の噴流中に浸漬する噴流法などによって形成することができる。なお、太陽電池素子10は、半田ディップする前に酸洗浄を行い洗浄してからフラックスに浸漬し、その後ディップ引き上げ法により、半田槽の半田液に浸漬を行った後、引き上げる。半田としては、一般的に最もよく使われる鉛を含有するSn−Pb系の他、Sn−Bi系、Sn−Bi−Ag系などのいわゆる鉛フリー半田を用いることができる。
In the
なお、通常、一枚の太陽電池素子では発生する電気出力が小さいため、複数枚の太陽電池素子を直並列に接続して太陽電池モジュールを構成し、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。これは、太陽電池の負荷の使用目的に応じて組み合わされ、破損から保護するために太陽電池素子を樹脂、ガラス等で封止してモジュール化されたものである。 In addition, since the electrical output generated by a single solar cell element is usually small, it is necessary to configure a solar cell module by connecting multiple solar cell elements in series and parallel so that a practical electrical output can be taken out. There is. This is combined according to the intended use of the load of the solar cell, and is formed into a module by sealing the solar cell element with resin, glass or the like in order to protect it from breakage.
本発明の太陽電池モジュールの一例について、図6を用いて説明する。この図は従来の一般的な太陽電池モジュールの説明において使用した図8(a)とほとんど同じであるが、本発明は、太陽電池素子の裏側電極の構造とインナーリードとの接合構造の部分に特徴があるため、太陽電池モジュールの構造としては特に変化はない。 An example of the solar cell module of the present invention will be described with reference to FIG. This figure is almost the same as FIG. 8A used in the description of the conventional general solar cell module, but the present invention is applied to the part of the junction structure between the back electrode of the solar cell element and the inner lead. Since there is a feature, there is no particular change in the structure of the solar cell module.
図6に示すように、複数の太陽電池素子10が所定間隔で配列されている。そして、一つの太陽電池素子10の表側電極と隣接する太陽電池素子10の裏側電極とが、例えば銅箔等からなるインナーリード8によって半田接続され、直並列に電気的に接続されている。インナーリード8は、通常、厚さ0.1mm〜0.3mm程度、幅2mm程度の銅箔の全面を半田被覆したものを、所定の長さに切断し、ホットエアーなどによって半田を溶融させて電極と接続する。
As shown in FIG. 6, a plurality of
このようにして接続された太陽電池素子群は、ガラス等からなる透光性パネル11と、裏面保護材13との間にエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)等を主成分とする充填材12で気密に封入されて、太陽電池モジュール16を構成している。太陽電池モジュール16の出力は、出力配線14を経て端子ボックス15に接続されている。そしてこの端子ボックス15からさらに外部の負荷(不図示)に接続されている。
The solar cell element group connected in this way has a
なお、太陽電池モジュール16のパネル部の各辺部に対してモジュール枠(不図示)を設けても良い。このようなモジュール枠は、例えば、アルミニウムの押し出し成形で造られ、その表面にはアルマイト処理などを施しても良い。そしてこのモジュール枠を太陽電池のパネル部の外周各辺に嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定する。このようなモジュール枠を設けることによって、機械的強度や耐候性能を付与し、さらに、太陽電池モジュールを設置する場合などに取り扱いやすくすることができる。
In addition, you may provide a module frame (not shown) with respect to each edge part of the panel part of the
本発明の太陽電池モジュールと本発明に係る太陽電池素子は、以上のような基本構造を有しているが、以下、本発明に係る太陽電池モジュールの裏側電極とインナーリードの構成について、図1〜図4を用いてさらに詳しく説明する。 The solar cell module of the present invention and the solar cell element according to the present invention have the basic structure as described above. Hereinafter, the configuration of the back side electrode and the inner lead of the solar cell module according to the present invention will be described with reference to FIG. -It demonstrates still in detail using FIG.
図2(a)〜(d)は、本発明に係る太陽電池素子の裏側電極の形成工程を示す模式図であり、図3は図2(b)のA部の部分拡大図である。なお、図4も図3と同様の位置における部分拡大図であるが、裏側電極の形状が異なった例を示す。 FIGS. 2A to 2D are schematic views showing a process of forming the back side electrode of the solar cell element according to the present invention, and FIG. 3 is a partially enlarged view of a portion A in FIG. 4 is a partially enlarged view at the same position as FIG. 3, but shows an example in which the shape of the back electrode is different.
本発明に係る太陽電池素子は、図2(a)に示すように、まず所定位置に複数の開口部9を有する集電極6をシリコン基板1の裏側(一主面側)の略全面に設ける。集電極6の材質としては、上述したようにアルミニウム粉末を主成分として含む金属ペーストをスクリーン印刷などによって塗布し、所定温度で焼成を行えばよい。
In the solar cell element according to the present invention, as shown in FIG. 2A, first, a collecting
次に、図2(b)に示すように、集電極6に接続させて出力取出用のバスバー電極5を設ける。このバスバー電極5によって、集電極6に設けた複数の開口部9は覆い隠される。なお、この図に示した例では、一つのバスバー電極5で一列に並んだ複数の開口部9を覆い隠しているが、通常は、太陽電池素子10の裏側の集電極6に複数列に並ぶように設けられた複数の開口部9を複数本のバスバー電極5で覆い隠すようにしている。バスバー電極5の材質としては、上述したように銀粉末を主成分として含む金属ペーストをスクリーン印刷などによって塗布し、所定温度で焼成を行えばよい。
Next, as shown in FIG. 2B, an output extraction
この後、図2(c)に示すように太陽電池素子10を半田槽にディップするなどして、半田と濡れ性の良い銀を主成分とするバスバー電極5に半田7を被覆する。なお、バスバー電極5の形状として、図2に示すように、複数の開口部9を覆い隠すとともに、これらの開口部9に対応する位置に設けられた複数の個別電極5aと、これらの個別電極5a同士を開口部9以外の位置で接続する共通電極5bと、を含むように形成しておけば、半田被覆する部分が細分化され、バスバー電極5に対する半田7の被覆の盛り上がりがより一層均一化されるので、望ましい。
After that, as shown in FIG. 2C, the
次に、図2(d)に示すように、細長形状のインナーリード8をバスバー電極5に半田7を介して接続する。このときインナーリード8は、複数の開口部9の上部を通るように設ける。
Next, as shown in FIG. 2 (d), the elongated
本発明の太陽電池モジュールは、図1(a)に示すように、このような上述した太陽電池素子10にインナーリード8が接続された構造を含んでいるが、特に図1(b)に示すように、インナーリード8の長手方向に対して略直交し、開口部9を通る平面、即ち、図1(a)のX−X線を通る平面でこの太陽電池素子10を切断した断面形状において、開口部9の半導体基板側の幅L1と、バスバー電極5(個別電極5a)の幅L2とが、1.7≦L2/L1≦3.1となるようにしている。
The solar cell module of the present invention includes a structure in which the
このような構成とすることによって、バスバー電極5の周辺部と集電極6上との重なり部が長くなり、バスバー電極5に半田7が濡れ広がりやすくなる。半田7が濡れ広がることによって、バスバー電極5にインナーリード8を半田接合したときの半田メニスカス部の端部7aの角度をより小さくすることが可能となる。その結果、半田7によってバスバー電極5と集電極6との重なり部分にかかっていた応力集中を緩和させることができるから、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を低減させ、高い信頼性の太陽電池モジュールとすることができる。
By adopting such a configuration, the overlapping portion between the peripheral portion of the
なお、L2/L1が1.7よりも小さいときは、半田7によってバスバー電極5と集電極6との重なり部分に応力が集中し、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下が大きくなるという問題があり、逆に3.1よりも大きいときは、バスバー電極5に濡れ広がる半田7の量が多くなるため、基板反りが大きくなったり、基板が割れ易くなったりするという問題がある。
When L 2 / L 1 is smaller than 1.7, the stress is concentrated on the overlapping portion of the
なお、従来の太陽電池素子では、図8(b)に示すように、この開口部の半導体基板側の幅L1と、バスバー電極の幅L2との比L2/L1が1を少し超える程度であり、本発明の構成とはなっていなかった。このような従来の構成では、半田によってバスバー電極と集電極との重なり部分にかかる応力集中を十分に緩和することができないので、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を防止することが難しい。
In the conventional solar cell element, as shown in FIG. 8 (b), the width L 1 of the semiconductor substrate side of the opening, the ratio L 2 / L 1 and the width L 2 of the
また、既に述べたが、図1(a)、図2等に示すように、バスバー電極5は、複数の開口部9を覆い隠すとともに、これらの開口部9に対応する位置に設けられた複数の個別電極5aと、これらの個別電極5a同士を開口部9以外の位置で接続する共通電極5bとを備えるようにすることが望ましい。バスバー電極5上で半田被覆する部分が細分化され、半田7の被覆の盛り上がりがより一層均一化されるため、半田メニスカス部の端部7aの角度のバラツキを押さえることができるからである。
As described above, as shown in FIGS. 1A and 2, the
なお、個別電極5aを設ける場合、図3に示すように、インナーリード8の長手方向における幅(図のaの長さ)が4mm以上20mm未満となるようにすることが望ましい。その理由としては、20mmを超えると、一つのパターンに対する半田量が多すぎて溜まりをつくる可能性があり、4mm未満になると、インナーリード8を半田接合する部分が、集電極6にかかる場合があるからである。
In the case where the
これに対して、図4に示すように、個別電極5aの、インナーリード8の長手方向における幅(図のaの長さ)を4mm未満とする場合には、このインナーリード8が設けられる位置に、隣接する個別電極5a同士を相互に接続するバイパス電極5cを設けるようにすることが望ましい。これによって、インナーリード8を半田接合する部分が、バイパス電極によって増え、インナーリードの長手方向の集電極6と個別電極5aの端部にかかる応力集中を緩和でき、半田接合する部分が集電極6にかかったとしてもインナーリード8とバスバー電極5が半田メニスカスの端部の角度が大きくなりにくく、接合信頼性の低下を抑えることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the width of the
さらに、個別電極5aは、図3、図4に示すように、各々の個別電極5aの端縁部が、開口部9の端縁部と重ね合わされるように形成し、インナーリード8と略直交する方向における両側の重なり部の合計(図のbとcの長さの合計)が5mm以上15mm以下となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいとバスバー電極5の周辺部と集電極6上との重なり部が短くなり、バスバー電極5に半田7が濡れ広がりにくくなる。半田7の濡れ広がりが抑えられることによって、バスバー電極5にインナーリード8を半田接合したときの半田メニスカス部の端部の角度が大きくなる問題があり、この範囲よりも大きいとバスバー電極5に濡れ広がる半田7の量が多くなるため、反りや基板が割れ易くなる問題があるからである。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the
さらに、インナーリード8の長手方向における両側の重なり部の合計(図のdとeの長さの合計)が0.25mm以上20mm以下となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと端縁部の接合が弱くなりバスバー電極5と集電極6の端部が剥がれ易くなる問題があり、この範囲よりも大きいと半田量が多すぎて、反りや基板割れ、インナーリードを接続した場合の半田メニスカス端部の応力集中の問題があるからである。
Further, it is desirable that the total of the overlapping portions on both sides in the longitudinal direction of the inner lead 8 (the total length of d and e in the figure) be 0.25 mm or more and 20 mm or less. If it is smaller than this range, there is a problem in that the edge of the edge portion becomes weak and the end portions of the
インナーリード8の幅L3は、開口部の半導体基板側の幅L1の0.3倍〜0.7倍の範囲となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと、インナーリードの抵抗が高くなり、特性の低下につながる他、接合面積が小さくなり、温度履歴によっては、接合信頼性が低下する可能性がある。また、この範囲を超えると、半田接合面にかかる応力が大きくなり接合信頼性の低下やセル割れによる歩留まり低下につながる可能性がある。 The width of the inner lead 8 L 3 is preferably made to be 0.3 times to 0.7 times the range of the width L 1 of the semiconductor substrate side of the opening. If it is smaller than this range, the resistance of the inner lead is increased, leading to deterioration of characteristics, the bonding area is reduced, and depending on the temperature history, the bonding reliability may be lowered. On the other hand, if it exceeds this range, the stress applied to the solder joint surface increases, which may lead to a decrease in joint reliability and a decrease in yield due to cell cracking.
また、インナーリード8とバスバー電極5とを接続する箇所の半田7の厚みは、25μm以上100μm以下となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと、温度履歴によるインナーリードの変形による発生する応力を緩和できなくなり接合信頼性の低下に繋がる問題があり、この範囲を超えると温度履歴によって、バスバー電極にかかる応力が大きくなり接合信頼性の低下やセル割れによる歩留まり低下に繋がる問題がある。
Further, it is desirable that the thickness of the
共通電極5bの幅は、2mm〜5mmの範囲となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと、半田7の被覆の盛り上がりが均一化されにくくなり、半田メニスカス部の端部7aの角度のバラツキが大きくなる場合がある。この範囲を超えると、バスバー電極5全体に濡れ広がる半田7の量が多くなるため、基板が反ったり、基板が割れ易くなったりする問題があり、コストの面からも問題がある。
The width of the
以上のようにして、本発明の太陽電池モジュールを実現することができる。 As described above, the solar cell module of the present invention can be realized.
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。 It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述の実施形態においては、半導体基板としてシリコン基板を用いた例によって説明したが、これに限るものではなく、電極の材料についても上述の例に限るものではない。さらに、半田の材質についても、上述の例に限定されるものではない。 For example, in the above-described embodiment, the example using the silicon substrate as the semiconductor substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and the material of the electrode is not limited to the above example. Further, the material of the solder is not limited to the above example.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
上述の実施形態の図5の構造を有する太陽電池素子、図6の構造を有する太陽電池モジュールを以下のようにして形成した。 The solar cell element having the structure of FIG. 5 and the solar cell module having the structure of FIG. 6 of the above-described embodiment were formed as follows.
まず、半導体基板として、15cm角で厚さ0.3mm、比抵抗1.5Ω・cmのP型のシリコン基板1を準備した。そして熱拡散法でオキシ塩化リン(POCl3)を拡散源として、深さ0.5μmのN型の拡散領域2を形成し、pn接合とした。次に、表面以外の拡散領域2を除去し、表面にプラズマCVD法で窒化シリコンから成る反射防止膜3を800Åの厚さで形成した。
First, a P-
さらに図1に示すパターンで、裏側(非受光面側)にアルミニウムペーストをスクリーン印刷して800℃で焼成し、集電極6を形成した。その後、図1(図3)に示すパターンで裏側(非受光面側)のバスバー電極5となる部分に銀ペーストをスクリーン印刷した。さらに表側(受光面側)にも図5(b)に示すパターンで銀ペーストをスクリーン印刷した。そして、750℃で焼成することで、銀を主成分とする表側電極4と裏側のパスバー電極5を形成した。その後、さらに200℃のSn−Pb系の半田浴槽に基板を浸漬して引き上げることで、銀を主成分とする電極の表面を半田被覆した。
Further, in the pattern shown in FIG. 1, aluminum paste was screen-printed on the back side (non-light-receiving surface side) and baked at 800 ° C. to form the
上述のようにして形成された太陽電池素子10を図6に示すように平面状の所定位置に配設し、インナーリード8を表側電極4、裏側電極5の所定位置に半田付けした。そして、表面側から、ガラスの透光部材11、全体をエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)の透光性樹脂の充填材12の順に配設するとともに、裏面側から、ポリエチレンのシートとアルミ箔とが重ね合わされた裏面部材13、EVAの充填材12の順に配設して、全体を加圧しながら加熱硬化させて太陽電池モジュール16を形成した。
The
なお、評価試料は、表1に示すように、バスバー電極5、開口部9、インナーリード8、半田7について、それぞれの寸法を変更したものを作製し、評価としては、−40℃〜90℃・1hr/サイクルの温度サイクル試験を行ってFFの出力低下率−5%の時間を寿命として比較した。作製した試料の各条件及びその結果を表1に示す。各試料の条件値は、小数点1桁以下を四捨五入したものを記載している。各試料の内訳は次の通りである。
In addition, as shown in Table 1, the evaluation sample was prepared by changing the dimensions of the
試料No.1は、比較のため、特許文献1に示されている従来試料を作製して本発明の基準に従って測定した結果である。試料No.2〜7はバスバー電極5の開口部9上の幅L2と開口部9の基板側の幅L1の比L2/L1を変えたものである。試料No.8〜13は、個別電極5aの幅aとバイパス電極5cの有無の状態を変えたものである。試料No.14〜17は、個別電極5aのインナーリード長手直交方向の重なり(b+c)を変えたものである。試料No.18〜21は、個別電極5aのインナーリード長手方向の重なり(d+e)を変えたものである。試料No.22〜25は、インナーリード8の開口部9上における幅L3と開口部9の基板側の幅L1の比L3/L1を変えたものである。試料No.26〜30は、半田7の厚みを変えたものである。
表1に示すとおり、従来試料である試料No.1は1400サイクルで寿命に達した。これは、温度サイクル時にバスバー電極部に応力が集中し、バスバー電極と半導体基板の剥離や半導体基板へのクラックの進展によりFF特性が劣化したものと思われる。 As shown in Table 1, sample No. 1 reached life in 1400 cycles. This is presumably because the stress concentrates on the bus bar electrode portion during the temperature cycle, and the FF characteristics deteriorate due to the separation of the bus bar electrode and the semiconductor substrate and the development of cracks in the semiconductor substrate.
また、本発明の範囲外の試料である試料No.3についても、寿命は1500サイクル以下であり、応力集中の緩和の効果は十分ではなかった。なお、本発明の範囲外の試料である試料No.7については、基板反りが大きく、ハンドリングの際に基板が割れ易いという問題があった。バスバー電極5に濡れ広がる半田7の量が多いためと思われる。
Further, sample No. which is a sample outside the scope of the present invention. 3 also had a life of 1500 cycles or less, and the effect of relaxing stress concentration was not sufficient. In addition, sample No. which is a sample outside the scope of the present invention. Regarding No. 7, there was a problem that the substrate warp was large and the substrate was easily cracked during handling. This is probably because the amount of
これに対して、1.7≦L2/L1≦3.1の範囲である本発明の範囲内の試料では、いずれも1600サイクルから1900サイクルと寿命が長くなることが確認でき、基板反りによる基板の割れなども発生しなかった。これは、本発明に係る構成とすることにより、バスバー電極5と集電極6との重なり部分にかかっていた応力集中を緩和させることができるため、裏側電極5や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を低減させ、信頼性が向上したためと思われる。なお、インナーリード8の開口部9上における幅L3と開口部9の基板側の幅L1の比L3/L1が0.3よりも小さい試料No.22については、寿命は1900サイクルと良好であったが、インナーリード8の幅が細いため、許容範囲ではあるが太陽電池モジュールとしたときに若干抵抗が高くなる傾向があった。
On the other hand, in the samples within the range of the present invention which is in the range of 1.7 ≦ L 2 / L 1 ≦ 3.1, it can be confirmed that the lifetime is extended from 1600 cycles to 1900 cycles, and the substrate warpage There was no breakage of the substrate due to. This is because the stress concentration applied to the overlapping portion of the
1:シリコン基板(半導体基板の一例)
2:拡散領域
3:反射防止膜
4:表側電極
4a:バスバー電極
4b:フィンガー電極
5:バスバー電極
5a:個別電極
5b:共通電極
5c:バイパス電極
6:集電極
7:半田
7a:半田メニスカス部の端部
8:インナーリード
9:開口部
10:太陽電池素子
11:透光性パネル
12:充填材
13:裏面保護材
14:出力配線
15:端子ボックス
16:太陽電池モジュール
1: Silicon substrate (an example of a semiconductor substrate)
2: Diffusion region 3: Antireflection film 4:
Claims (8)
ュール。 The width L 3 of the inner lead, and the width L 1 of the semiconductor substrate side of the opening, 0.3 ≦ L 3 / L 1 ≦ 0.7 is any one of claims 1 to 6 The solar cell module according to item.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004338865A JP4565976B2 (en) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | Solar cell module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004338865A JP4565976B2 (en) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | Solar cell module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006147997A JP2006147997A (en) | 2006-06-08 |
JP4565976B2 true JP4565976B2 (en) | 2010-10-20 |
Family
ID=36627304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004338865A Expired - Fee Related JP4565976B2 (en) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | Solar cell module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4565976B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5016342B2 (en) * | 2006-03-27 | 2012-09-05 | 京セラ株式会社 | Solar cell module |
US20070235077A1 (en) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Kyocera Corporation | Solar Cell Module and Manufacturing Process Thereof |
FR2906404B1 (en) * | 2006-09-21 | 2008-12-19 | Commissariat Energie Atomique | PROCESS FOR METALLIZING MULTIPLE RECOVERED PHOTOVOLTAIC CELLS |
KR101199424B1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-11-09 | 엘지전자 주식회사 | Solar cell |
TWI550888B (en) * | 2015-02-17 | 2016-09-21 | 太極能源科技股份有限公司 | Solar cell |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05502556A (en) * | 1990-09-24 | 1993-04-28 | エイエスイー・アメリカス・インコーポレーテッド | Electrical contact part and its manufacturing method |
JPH06500670A (en) * | 1991-06-11 | 1994-01-20 | エイエスイー・アメリカス・インコーポレーテッド | Method of manufacturing solar cell contacts and method of interconnecting solar cells |
JPH07501184A (en) * | 1992-05-27 | 1995-02-02 | エイエスイー・アメリカス・インコーポレーテッド | Improved solar cell and its manufacturing method |
JPH10335267A (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2003273377A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Kyocera Corp | Solar cell element |
JP2003273378A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Kyocera Corp | Solar cell element |
JP2004031740A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Kyocera Corp | Solar cell element and solar cell module |
JP2004087986A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | Solar battery element and solar battery module |
JP2004119687A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Kyocera Corp | Solar battery element and module thereof |
JP2004179333A (en) * | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Kyocera Corp | Method for forming solar cell element |
-
2004
- 2004-11-24 JP JP2004338865A patent/JP4565976B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05502556A (en) * | 1990-09-24 | 1993-04-28 | エイエスイー・アメリカス・インコーポレーテッド | Electrical contact part and its manufacturing method |
JPH06500670A (en) * | 1991-06-11 | 1994-01-20 | エイエスイー・アメリカス・インコーポレーテッド | Method of manufacturing solar cell contacts and method of interconnecting solar cells |
JPH07501184A (en) * | 1992-05-27 | 1995-02-02 | エイエスイー・アメリカス・インコーポレーテッド | Improved solar cell and its manufacturing method |
JPH10335267A (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2003273377A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Kyocera Corp | Solar cell element |
JP2003273378A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Kyocera Corp | Solar cell element |
JP2004031740A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Kyocera Corp | Solar cell element and solar cell module |
JP2004087986A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | Solar battery element and solar battery module |
JP2004119687A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Kyocera Corp | Solar battery element and module thereof |
JP2004179333A (en) * | 2002-11-26 | 2004-06-24 | Kyocera Corp | Method for forming solar cell element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006147997A (en) | 2006-06-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101087202B1 (en) | Solar cell module | |
US20040200522A1 (en) | Solar cell element and solar cell module | |
JP4189190B2 (en) | Solar cell module | |
EP2717325A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing same | |
JP4738149B2 (en) | Solar cell module | |
EP2388827A2 (en) | Solar cell module | |
US20180175223A1 (en) | Solar cell and solar cell module | |
JP2009111034A (en) | Solar cell module and solar cell device using same | |
JP2002359388A (en) | Solar battery device | |
JP4780953B2 (en) | Solar cell element and solar cell module using the same | |
CN100481526C (en) | Solar cell module | |
JP4299772B2 (en) | Solar cell module | |
JP4565976B2 (en) | Solar cell module | |
JP5036157B2 (en) | Solar cell module | |
US10418503B2 (en) | Solar battery module and method for manufacturing solar battery module | |
JP4185332B2 (en) | Solar cell and solar cell module using the same | |
JP4059842B2 (en) | Solar cell and solar cell module | |
JP5020179B2 (en) | Solar cell module | |
JP5014360B2 (en) | Solar cell module and solar cell element structure | |
JP4781074B2 (en) | Solar cell module | |
JP4688509B2 (en) | Solar cell element and solar cell module using the same | |
JP2006041309A (en) | Connection structure of solar-cell element and solar-cell module containing its connection structure | |
JP2006013173A (en) | Solar cell module | |
EP3125300B1 (en) | Solar cell and solar cell module using same | |
JP4210124B2 (en) | Solar cell element and solar cell module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070912 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100405 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100706 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100803 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4565976 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130813 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |