太陽電池用インターコネクタ線材

本発明は、太陽電池用インターコネクタ線材加工の技術分野、特に太陽電池用インターコネクタ線材に関する。

世界経済の高速な発展にしたがって、エネルギー消耗が大きくなりつつあり、新型エネルギーの応用と普及が世界各国に需要とされている。二酸化炭素排出に起因する温室効果は世界規模の温暖化及び自然災害を引き起こしており、再生可能なクリーンエネルギーへの需要は世界各国で益々高まっている。2007米国サブプライム住宅ローン危機に起因する世界規模の危機の拡大以来、各国は経済成長を促進すべく、より積極的な措置によって再生可能エネルギーの使用を提唱している。米オバマ政権は将来10年以内にクリーンエネルギーに1500億ドル投資する計画を制定し、EUは2020年までに再生可能エネルギーが使用エネルギーに占める比率を20%まで上げる目標を立て、日本は2030年までに70%以上の新築住宅にソーラーパネルを取り付ける(約70GW)ことを提案している。光発電製品への需要を満足できない現状を緩和するために、2009年3月26日、中国財政部はモデルプロジェクトである「ソーラールーフ計画」の実施を発表した。財政部と住宅都市農村建設部が合同発表した「太陽光発電建築物の応用を促進する実施意見書」に、「ソーラールーフ計画」の実施、光発電建築物モデルプロジェクトへの資金援助、技術進歩と技術革新の提唱、地方政府による関連の財政支援政策の提唱、建築分野における支援政策の強化などの一連の原則的な政策が明白に言及された。さらに、現段階において、経済が発達しインフラが良好な大型・中型都市においてソーラールーフや太陽光発電カーテンウォールなどの建物一体型太陽光発電(BIPV)のモデルプロジェクトを積極的に推進し、農村部と遠隔地におけるオフグリッド発電の発展を積極的に支援し、農村部の電力普及を実施するなどの関連規定によって、太陽光エネルギー技術の発展方向が示されている。ソーラールーフや太陽光発電カーテンウォールなどのBIPVから局面を打開することにより、太陽光エネルギーの多くのメリットを短期間の内に示すことが可能であり、今後の大規模な普及と太陽光エネルギー分野への資本投資意欲を引き出すことにも有利である。各国の新型エネルギー政策は、今後15年間の世界発展に重要な政策になるかもしれない。2009年のコペンハーゲン気候変動会議を経てクリーンエネルギーへの関心が喚起され強化された。新型エネルギーの応用と普及にともなって、光発電業界の速やかな成長の勢いは、より一層強化かつ重視されるであろう。

インターコネクタ線材は太陽電池モジュール溶接過程における重要な原材料であり、その品質の良し悪しは太陽電池モジュールの集電効率に直接影響を与え、太陽電池モジュールの出力を大きく左右する。インターコネクタ線材の構造改良を通じて如何にセルの変換率を向上させフラグメント率を低下させるかが、常にインターコネクタ線材業界の研究課題となっている。

特許文献1は、銅線材及びその表面のスズ被覆層を含み、スズ被覆層の表面に均一に分布するピット状体を有する、スズ被覆インターコネクタ線材を提供する。このインターコネクタ線材はピット状体内において太陽光の乱反射をある程度発生させ、太陽光から受け取るエネルギーを増加させる。しかしながら、このピット状体は乱反射のみを発生させるため、反射してセルに戻る太陽光の比率は小さく、変換率の向上は限られている。また、そのピットはスズを被覆する過程において設けられるので、はんだ層の不均一化やセルとインターコネクタ線材との溶接不良などの現象が発生し、ロジン接続が生じてしまう。

特許文献2は、インターコネクタ線材表面にインターコネクタ線材長手方向に垂直なV型溝を設けることにより、セルの不顕性ひび割れ率とフラグメント率を低減する方法を提供する。しかしながら、特許文献2のインターコネクタ線材V型溝は長手方向に対して垂直であり、V型溝の間に明らかな間隔がないので、このタイプのインターコネクタ線材はセルと溶接されるときに安定せず、溶接不良となるおそれがある。

中国特許出願公開第101789452号明細書

中国特許出願公開第102569470号明細書

本発明は、下記の技術的課題を解決することを目的とする。従来の太陽電池用インターコネクタ線材はインターコネクタ線材に入射する太陽光をセルに高効率に反射できず、インターコネクタ線材表面に乱反射を発生させるピットがあるとしても、太陽光の反射の比率は低いことが多い。さらに、ピットの形成はインターコネクタ線材の品質を左右し、インターコネクタ線材のピットを有しない面に突起を生じさせる。同時に、ピットの数量はインターコネクタ線材の溶接の強固性を大きく低下させる。また、インターコネクタ線材表面に凹溝を設けるとインターコネクタ線材の断面積が減少するので、インターコネクタ線材の抵抗率が増大する、即ち導電率が幾分低下する。このことはセルの変換効率に不利である。本発明は太陽電池用インターコネクタ線材を提供する。前記太陽電池用インターコネクタ線材は、インターコネクタ線材によって反射される太陽光が太陽電池モジュールのガラスと空気との界面層に全反射する比率を増加させ、全反射する太陽光を改めて光電変換することにより、太陽電池モジュールの出力を0.5%〜2.5%増加させる。また、ソーラーセルの溶接後の内部応力をある程度低下させることにより、インターコネクタ線材の熱膨張及び冷収縮によるフラグメントを防止することができる。また、その表面に凹溝が圧力成形されるとしても、有効な溶接面積を保証することにより溶接の強固性が保証されると同時に、凹溝を設けることにより、インターコネクタ線材の導電率への影響が最小限に抑えられ、実際の需要を満足できる。

本発明は上記の技術的課題を解決するために、以下の技術手段を用いる。 導電基体を含む太陽電池用インターコネクタ線材は、前記導電基体は金属単体又は合金材によって構成され、上側及び下側の幅方向表面を有する。 前記導電基体の片側又は両側の幅方向表面に、複数の凹溝が圧力成形され、隣り合う前記凹溝の間に基体平面が残される。 凹溝が導電基体の片側の幅方向表面のみに圧力成形される場合に、前記凹溝の深さは導電基体の厚さの5%〜50%である。 凹溝が導電基体の両側の幅方向表面に圧力成形される場合に、前記凹溝の深さは導電基体の厚さの5%〜45%であり、前記上側及び下側の幅方向表面の凹溝の合計深さは前記導電基体の厚さの50%以下である。 前記導電基体の凹溝は、前記導電基体の前記幅方向表面に導電基体の長手方向に沿って規則的に繰り返す。 導電基体に全反射が発生する比率が均一に分布するとともに、基体平面が均一に分布するので、溶接に有利であると同時に、導電基体の加工も便利になる。 セルとインターコネクタ線材の熱膨張係数が異なるので、一般的に、インターコネクタ線材の基体は銅又は銅合金であり、セルはシリコンウェーハであり、銅又は銅合金の熱膨張係数はシリコンより大きい。基体は、溶接時に加熱されると長手方向及び幅方向に膨張し、冷却後は基体の収縮度がセルのそれより大きくなるので、このとき、インターコネクタ線材とセルとが互いに固定されることになる。インターコネクタ線材はセルを局所的に内部に湾曲させる力を与え、セルを局所的に変形させる。インターコネクタ線材に収縮するための空間を提供するために、前記凹溝は、導電基体の長手方向に対して傾斜して設けられる直線型帯状凹溝及び/又は曲線型帯状凹溝であり、前記直線型帯状凹溝と導電基体の長手方向との傾斜角度は15°〜75°であり、前記曲線型帯状凹溝において、その曲線におけるいずれかの点の接線と導電基体の長手方向との傾斜角度は15°〜75°である。 前記凹溝は一つだけの傾斜方向を有し、即ち帯状凹溝は互いに平行してもよく、互いに交差してもよい。 導電基体の一つの幅方向表面における基体平面の合計面積が該基体平面の位置する該幅方向表面に占める面積比率は、30%〜70%である。

前記導電基体にははんだ層がめっき又は熱被覆される。当該はんだ層は、導電基体に直接めっき又は熱被覆しても、まず導電基体に保護膜を形成してから、はんだ層をめっき又は熱被覆してもよい。さらに、はんだの使用量を節約し、製造コストを低減するために、導電基体の片側の幅方向表面のみにはんだ層をめっき又は熱被覆してもよい。したがって、凹溝を有する導電基体の表面は、はんだ層を有する場合も有しない場合もある。

基体平面の合計面積が導電基体の幅方向表面に占める面積比率は重要な要素であり、インターコネクタ線材の表面に凹溝を圧力成形する場合にも、有効な溶接面積を保証すれば溶接の強固性が保証される。同時に、凹溝の深さを制限することにより、指定した深さ範囲では、凹溝を圧力成形する基体面と反対側の面に圧力成形の影響が及ばないようにする。

基体は加熱されると長手方向及び幅方向に膨張するので、交差して分布するものと互いに平行するものとが併存する場合を含み、前記凹溝は同じ幅方向表面において交差して分布する。二つの交差溝の傾斜角度は同じ、例えば60°であってよく、即ち二つの交差溝は導電基体の長手方向に対して互いに鏡像であってよい。また、二つの交差溝の傾斜角度は異なってもよい。

具体的には、前記凹溝は直線型帯状凹溝であり、その傾斜方向は二つに分けられ、前記二つの傾斜方向の凹溝は導電基体の長手方向に対して互いに鏡像である。

前記二つの傾斜方向の凹溝と導電基体の幅方向との角度はそれぞれ25°〜65°である。 前記凹溝は同じ幅方向表面において平行に分布し、凹溝は導電基体の長手方向及び幅方向に対して傾斜する。

インターコネクタ線材の内部応力が低減するとともに、前記凹溝が太陽光を反射してセルに戻す能力を可能な限り向上させることを考慮して、前記導電基体の凹溝の開口径は開口部から底部に向かって減少するものとし、凹溝の底面の少なくとも一つの点の、前記凹溝における接平面は、導電基体の幅方向表面に対する傾斜角度が20.9°〜45°とする。光が屈折率の大きい媒質から屈折率の小さい媒質に入射する場合に、入射角が臨界角まで増加し、屈折角が90°になったときに、屈折光が完全に消失し、反射光のみが残るという現象は、全反射と呼ぶ。太陽光が太陽電池モジュールのガラスと空気との界面層で全反射する臨界角は41.8°であるので、インターコネクタ線材の凹溝から反射される太陽光が太陽電池モジュールのガラスと空気との界面層に入射する入射角が該臨界角以上であれば、太陽光は太陽電池モジュールのガラスと空気との界面層に全反射し、全反射される太陽光を改めて光電変換することにより、表面の特殊な凹溝構造を通じて太陽電池モジュールの実際の出力をさらに0.2%〜2%増加できる。前記凹溝は円弧状溝であっても、V形溝であってもよい。円弧状溝である場合は、その底面の傾斜角度は徐々に変化し、一般的には凹溝の開口部から底部に向かって、凹溝の底面の傾斜角度が徐々に減少する。また、この場合は、円弧状の凹溝底面の一部だけの傾斜角度が、インターコネクタ線材によって反射される太陽光が太陽電池モジュールのガラスと空気との界面層で全反射する要求を満足でき、その他の部分は該要求を満足できない場合も含む。即ち、凹溝によって反射される太陽光が太陽電池モジュールのガラスと空気との界面層に入射する入射角を、全反射の臨界角以上にすることができる。勿論、凹溝の底面の全ての点の、凹溝における接平面が、導電基体の幅方向表面に対して20.9°〜45°の傾斜角度を有する場合も含む。

前記導電基体の材質は、純銅、銅−アルミニウム合金、銅−銀合金、銅−銀−アルミニウム合金、又は高純度自然銅に希土材料を添加した合金である。

導電基体にめっき又は熱被覆を施すことにより製造されるはんだ層について、使用されるはんだは、スズ−鉛合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銅合金、スズ−セリウム合金、スズ−銀合金、純スズ、スズ−銀−銅合金からなる群から選択される少なくとも一つであり、前記はんだ層は一層以上であり、その合計厚さは3〜30μmである。

また、前記導電基体とはんだ層との間に一層以上の極薄保護膜をめっきしてもよく、前記極薄保護膜の厚さは0.1〜10μmであってよい。

本発明の導電基体の一つの幅方向表面にある凹溝の形状及び分布は一種類に限定されず、導電基体の二つの幅方向表面に異なる形状及び分布の凹溝を設けることができる。

本発明の太陽電池用インターコネクタ線材は、ユーザが重視する応用要求に応じて、少なくとも、1)インターコネクタ線材に入射する太陽光の全反射の比率を増加させて、太陽電池モジュール全体の有効出力を増加させる、2)基体平面の面積が基体の合計面積に占める比率を調整して、インターコネクタ線材とセルとの間の溶接の強固度を確保する、3)凹溝の角度を調整して導電基体の実横断面損失を減少させて、インターコネクタ線材の集電効率の損失を最小化し、インターコネクタ線材の導電率を保証する、4)凹溝の深さ、及び帯状凹溝のインターコネクタ線材長手方向に対する角度を調整して、溶接冷却後にインターコネクタ線材のセル膨張係数と異なることから生じたセルの不顕性ひび割れ率とフラグメントの確率を低減する、という4つの側面のバランスを取ることによって、ユーザの使用収益を最大化することができる。

本発明の実施例1の構造概略図である。

図1のV型溝の断面概略図である。

本発明の実施例1の凹溝が円弧状溝である場合の断面概略図である。

本発明の実施例2の構造概略図である。

本発明の実施例5の構造概略図である。

本発明の実施例6の構造概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。これらの図面は全て簡略化された概略図であり、本発明の基本構造を説明するに過ぎないので、本発明に関連する構成だけを示すものである。

(実施例1) TU1無酸素銅を導電基材として用い、導電基材の厚さは0.22mmであり、その片側又は両側の幅方向表面に均一に交差して分布する直線型帯状V型凹溝3が圧力成形され、隣り合う凹溝3の間に菱形の基体平面4が残され、導電基体1の一つの幅方向表面における基体平面4の合計面積が該基体平面の位置する該幅方向表面に占める面積比率は35%である。ここで、直線型帯状V型凹溝3は導電基体1の幅方向及び長手方向に対して傾斜しており、直線型帯状V型凹溝3の傾斜角度は二つのみである。本実施例において、この二つの角度の直線型帯状V型凹溝は導電基体1の長手方向に対して互いに鏡像であり、前記二つの傾斜角度はそれぞれ、導電基体1の幅方向に対して60°程度である。

導電基体1の片側の幅方向表面のみに凹溝3を圧力成形する場合に、凹溝3の深さは導電基体1の厚さの30%程度とし、 導電基体1の両側の幅方向表面に凹溝3を圧力成形する場合に、凹溝3の深さは導電基体1の厚さの20%〜30%とし、上側及び下側の幅方向表面の凹溝3の最大合計深さは導電基体1の厚さの50%以下とし、 スズ−銅合金をはんだとして用いて、凹溝3を有する導電基体1に10μmのはんだ層2をめっき又は熱被覆することによって、太陽電池用インターコネクタ線材を得た。

導電基体1にある凹溝3の開口径は開口部から底部に向かって減少し、凹溝3の底面にある点の、凹溝3における接平面は、導電基体1の幅方向表面に対する傾斜角度が20.9°〜45°である。

156×156の多結晶シリコンセルを60枚用いて、この太陽電池用インターコネクタ線材で製造した太陽電池モジュール群の出力は、一般的なインターコネクタ線材で製造されるモジュールの出力より4W高く、1.7%向上した。

インターコネクタ線材の溶接力は、セルに対して45°の方向にインターコネクタ線材を引っ張って、インターコネクタ線材をセルから剥離させるのに必要な引張力を指す。引張力は張力計を用いて測定可能である。一般的に、前記溶接力は3N以上必要であるが、本実施例のインターコネクタ線材の溶接力は4Nより大きく、上記要求を満足できる。

凹溝パターンの特殊な設計によって、導電率の低下は0.2%以下となり、ほとんど影響がなかった。

インターコネクタ線材の溶接の冷却後に生じた内部応力によるフラグメント率は、0.02%以下であった。

図1、図2はこの太陽電池用インターコネクタ線材の構造図を示す。また、凹溝3は図3に示すような円弧状であってもよい。図3において、導電基体1の凹溝3の開口径は開口部から底部に向かって減少し、凹溝3の底面の少なくとも一つの点の、凹溝における接平面は、導電基体1の幅方向表面に対する傾斜角度が20.9°〜45°である。

(実施例2) 本実施例は実施例1と基本的に同じである。実施例1との違いとしては、導電基体1の一つの幅方向表面における基体平面4の合計面積が該基体平面の位置する該幅方向表面に占める面積比率は30%であり、凹溝3は片側の幅方向表面のみに圧力成形され、凹溝3の深さは導電基体1の厚さの5%程度である。また、二つの傾斜角度はそれぞれ導電基体1の幅方向に対して15°程度の二つの方向の傾斜角度である。

156×156の多結晶シリコンセルを60枚用いて、この太陽電池用インターコネクタ線材で製造した太陽電池モジュール群の出力は、一般的なインターコネクタ線材で製造されるモジュールの出力より2.3W高く、1%向上した。

実施例1の溶接力測定方法によれば、本実施例のインターコネクタ線材の溶接力は4Nより大きく、上記要求を満足できる。

凹溝パターンの特殊な設計によって、導電率の低下は0.3%以下となり、ほとんど影響がない。

インターコネクタ線材の溶接の冷却後に生じた内部応力によるフラグメント率は、0.02%以下である。

(実施例3) 本実施例は実施例1と基本的に同じである。実施例1との違いは、導電基体1の一つの幅方向表面における基体平面4の合計面積が該基体平面の位置する該幅方向表面に占める面積比率は70%であり、凹溝3は両側の幅方向表面に圧力成形され、そのうち一方の幅方向表面にある凹溝3の深さは導電基体1の厚さの20%であり、他方の幅方向表面にある凹溝3の深さは導電基体1の厚さの30%である。また、二つの傾斜角度はそれぞれ導電基体1の幅方向に対して75°程度の二つの方向の傾斜角度である。

156×156の多結晶シリコンセルを60枚用いて、この太陽電池用インターコネクタ線材で製造した太陽電池モジュール群の出力は、一般的なインターコネクタ線材で製造されるモジュールの出力より1.2W高く、0.5%向上した。

実施例1の溶接力測定方法によれば、本実施例のインターコネクタ線材の溶接力は4Nより大きく、上記要求を満足できる。

凹溝パターンの特殊な設計によって、導電率の低下は0.3%以下となり、ほとんど影響がない。

インターコネクタ線材の溶接の冷却後に生じた内部応力によるフラグメント率は、0.02%以下である。

(実施例4) 図4は、本発明の実施例2の構造概略図を示す。実施例1との違いとしては、導電基材の片側又は両側の幅方向表面に均一に平行して分布する直線型帯状V型凹溝3が圧力成形され、隣り合う凹溝3の間に帯状の基体平面4が残され、導電基体1の一つの幅方向表面における基体平面4の合計面積が該基体平面の位置する該幅方向表面に占める面積比率は45%であり、一つの幅方向表面にある凹溝3の深さは導電基体1の厚さの20%である。また、前記はんだ層2はめっき方式によって形成される。

156×156の多結晶シリコンセルを60枚用いて、この太陽電池用インターコネクタ線材で製造した太陽電池モジュール群の出力は、一般的なインターコネクタ線材で製造されるモジュールの出力より3W高く、1.25%向上した。

実施例1の溶接力測定方法によれば、本実施例のインターコネクタ線材の溶接力は4Nより大きく、上記要求を満足できる。

凹溝パターンの特殊な設計によって、導電率の低下は0.3%以下となり、ほとんど影響がなかった。

インターコネクタ線材の溶接の冷却後に生じた内部応力によるフラグメント率は、0.02%以下であった。

(実施例5) 図5は、本発明の実施例5の構造概略図を示す。実施例1との違いとしては、直線型帯状V型凹溝3の代わりに曲線型帯状V型凹溝3を用いて基体平面4が形成され、導電基体1の一つの幅方向表面における基体平面4の合計面積が該基体平面の位置する該幅方向表面に占める面積比率は45%であり、一つの幅方向表面にある凹溝3の深さは導電基体1の厚さの30%である。また、前記はんだ層2はめっき方式によって形成される。

156×156の多結晶シリコンセルを60枚用いて、この太陽電池用インターコネクタ線材で製造した太陽電池モジュール群の出力は、一般的なインターコネクタ線材で製造されるモジュールの出力より3W高く、1.25%向上した。

実施例1の溶接力測定方法によれば、本実施例のインターコネクタ線材の溶接力は4Nより大きく、上記要求を満足できる。

凹溝パターンの特殊な設計によって、導電率の低下は0.3%以下となり、ほとんど影響がない。

インターコネクタ線材の溶接の冷却後に生じた内部応力によるフラグメント率は、0.02%以下である。

(実施例6) 図6は、本発明の実施例6の構造概略図を示す。実施例1との違いとしては、本実施例の凹溝は導電基体1の長手方向の両側に沿って圧力成形される直線型帯状V型凹溝3であり、導電基体1の中央部に基体平面4が導電基体1の長手方向に沿って形成され、導電基体1の一つの幅方向表面における基体平面4の合計面積が該基体平面の位置する該幅方向表面に占める面積比率は50%であり、凹溝3の深さは導電基体1の厚さの20%である。また、前記はんだ層2はめっき又は熱被覆方式によって形成される。

156×156の多結晶シリコンセルを60枚用いて、この太陽電池用インターコネクタ線材で製造される太陽電池モジュール群の出力は、一般的なインターコネクタ線材で製造されるモジュールの出力より2.4W高く、1%向上した。

実施例1の溶接力測定方法によれば、本実施例のインターコネクタ線材の溶接力は4Nより大きく、上記要求を満足できる。

凹溝パターンの特殊な設計によって、導電率の低下は0.3%以下となり、ほとんど影響がない。

インターコネクタ線材の溶接の冷却後に生じた内部応力によるフラグメント率は、0.02%以下である。

1 導電基体 2 はんだ層 3 凹溝 4 基体平面