CN101960614B - 太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种透明基板、太阳能电池元件、填充材料具有超高耐久性而能够半永久地使用的超高耐久性的太阳能电池模块,通过由设置在玻璃基板和背面保护基板之间的高耐久性的架桥反应型粘接剂、热熔胶型粘接剂构成的牢固的密封构造,对太阳能电池元件、作为填充材料的液状物质或由液状物质进行反应而成的胶进行密封。通过在玻璃基板上配置密封剂、太阳能电池元件、液状物质,最后重叠背面保护基板而成为假层叠体,在室温的真空下对该假层叠体进行加压密接而进行密封,来制造该模块。

Description

太阳能电池模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在透明基板和背面保护基板和基板之间隔着填充材料层叠太阳能电池元件(光电变换元件)而成的太阳能电池模块及其制造方法。
背景技术
以前,希望太阳能电池高变换效率、高耐久性、低成本化。该变换效率依存于太阳能电池的元件特性,但其实用性能很大地依存于太阳能电池模块的耐久性。事实上,在维持初期的高变换效率的同时,还要求能够半永久使用的太阳能电池模块。板状结晶元件、球状结晶元件、薄膜元件等的太阳能电池元件受到日射则其特性会引起若干变化,但基本上是由无机材料构成的稳定的构件。因此,本发明人着眼于为了对元件进行模块化而使用的材料的耐久性。
广泛地用于大面积的太阳能电池模块的填充材料主要是乙烯、乙酸乙烯树脂共聚合物(以下称为EVA)的树脂膜。在其使用时,将裁断了的EVA膜与元件一起配置在基板之间,在真空下加温熔化后,使其加压密接,进而进行追加的加热处理而使其进行架桥反应。因此,被指出了由于真空下的加热处理所产生的生产速度的延迟、加热处理时的腐蚀气体的产生、从端部挤压出的树脂的除去、端部的防湿处理等许多课题。另外,在“太阳光发电”(太陽光発電,浜川圭弘编著,シ一エムシ一社)中记载了模块的详细,因此在此省略。
接着,说明与本发明类似的现有技术。陶器制造法是以下这样的方法:向凹状箱子流入硅系液状物质并且凝胶化,并且包住板状结晶元件。另外,还有以下的方法:在小型基板之间隔着硅系液状物质而层叠板状结晶元件后使其凝胶化,除去所挤压出的凝胶。但是,它们都不能在大面积模块中利用。另外,还有以下的方法:将太阳能电池元件固定在玻璃基板上,在设置空隙和注入孔而用两面粘结剂带固定相对基板后,从注入孔流入丙稀系的液状物质,但有残存气泡、引线的引出部分的处理、长期间的耐久性等问题。
另外,在专利文献1(特开2003-101058号公报)中,提出了以易回收为课题,将液状物质内包为袋状的模块。在此,采用包入构造,不特别设置密封剂,通过基板材料的热压接而进行密闭。但是,在这样的密封中,与引线的粘接并不充分,容易引起液体泄漏,在耐久性方面会产生问题。另外,在热压接时,还引起液体物质的回流,难以不产生气泡地制造模块。
在专利文献2(特开2005-101033号公报)中,以防止互联线的破断为课题,提出了作为填充材料将液状物质内包在塑料基板之间。关于对于耐久性最重要的外周部分的密封,只是接触了熔接(热压接)、粘结剂的利用,并没有具体探讨。进而,对于在将液状物质作为填充材料时所必需的课题,即无气泡地进行层叠化的方法、引线的引出部分的处理等,完全没有探讨。作为填充材料只是示例了流动石蜡、硅油等液状物质。
在专利文献3(特开平8-88388号公报)中,将得到不设置氧化铝框的简单的模块作为课题,提出了在作为填充材料在薄膜基板之间层叠EVA等的个体膜后,在外周部分涂抹热熔胶型粘结剂,进行热压接密封而作成的模块及其制造方法。但是,在此,利用了分别对填充材料和密封剂进行热压接的2阶段的复杂工序,另外在在此使用的外周部分的单纯热压接法中,还有难以无气泡地进行层叠的问题。
该专利文献1、2、3提出的方案是利用了塑料板,基本上与以超高耐久性为课题的本发明是不同的。另外,在这些现有技术中,难以在电气部件所必需的无气泡的状态下层叠填充材料。进而,难以得到能够长时间在室外使用的高耐久性的模块。
在现有的大面积模块中,为了将发电效率提高到数10~数百W,而在通过互联线连接了多个板状结晶元件(厚度:0.05~0.3mm左右)的状态下,隔着EVA进行模块化。EVA的分子构造是具有酯键(亲水性的官能团)的碳水化合物系高分子,可以通过添加紫外线吸收剂、氧化防止剂等进行改良,但被指出以下的问题:如果经过20年左右长时间受到日照,则会引起剥离、白化、黄变等树脂劣化,减少太阳光线的透射率,发电效率逐年降低。另外,薄膜元件主要将元件直接形成在玻璃基板上,但有以下的问题:容易很大地受到水份的影响,将EVA用作填充材料。因此,虽然也研究了聚乙烯醇缩丁醛,但与EVA同样,也存在耐久性的问题。
因此,本发明人再度确认了在室外环境下在超长期间,在照射太阳光线的严酷条件下使用太阳能电池模块的情况,并首次以使用能够半永久使用的难以劣化的材料的情况为前提进行了研究。其结果是,作为填充材料或者其前提物质使用液状物质,找到了在室温下高速地进行层叠的方法,完成了能够半永久使用的划时代的太阳能电池模块及其制造方法。
发明内容
本发明的课题在于:提供一种能够在维持对于太阳能电池来说重要的高变换效率的同时半永久地在室外使用的超高耐久性的太阳能电池模块、以及能够低成本地制造它的方法。
另外,为了解决上述课题,本发明包括以下的事项。
1.一种太阳能电池模块,在透明基板和背面保护基板之间配置光电变换薄膜元件或结晶元件,在上述元件的周围配置填充材料,用密封剂密封其外周部分,其特征在于:透明基板是玻璃基板,填充材料是硅系液状物质、氟油或硅胶,上述密封剂由架桥反应型粘接剂构成,在与上述填充材料的外周相接的状态下对两个基板进行粘接固定,并且使从上述元件伸出的引线的贯通被配置在上述外周部分的上述密封剂的部分与该密封剂密接而粘接固定在两个基板之间,上述填充材料和上述元件与上述密封剂一起被密封在两个基板之间。
2.上述1所记载的太阳能电池模块,架桥反应型粘接剂是硅系树脂粘接剂。
3.上述1或2所记载的太阳能电池模块,在基板之间的外周部分设置异丁烯系树脂密接剂。
4.一种太阳能电池模块的制造方法,是上述1所记载的太阳能电池模块的制造方法,在玻璃基板和背面保护基板中的任意一方上配置光电变换薄膜元件或结晶元件,在上述基板的外周部分和从上述元件伸出的引线的位于上述外周部分的部分配置架桥反应型粘接剂作为密封剂,配置硅系液状物质或氟油作为填充材料,在其上重叠其他的玻璃基板或背面保护基板,基于真空状态进行加压层叠而形成层叠体,使得上述填充材料和上述元件与被配置在该外周部分的架桥反应型粘接剂一起密封在两个基板之间,接着使上述架桥反应型粘接剂架桥。
5.上述4所记载的太阳能电池模块的制造方法,在接近架桥反应型粘接剂而配置了异丁烯系树脂密接剂后,进行加压层叠而形成层叠体,进而在基板之间设置异丁烯系树脂密接剂的层。
6.上述4或5所记载的太阳能电池模块的制造方法,在层叠后使硅系液状物质反应而成为硅胶。
7.一种太阳能电池模块,在透明基板和背面保护基板之间配置光电变换结晶元件,在上述元件的周围配置填充材料,用密封剂密封其外周部分,其特征在于:透明基板是玻璃基板,填充材料是硅胶,上述密封剂由异丁烯系树脂密接剂构成,在与上述填充材料的外周相接的状态下对两个基板进行粘接固定,并且使从上述元件伸出的引线的贯通被配置在上述外周部分的上述密封剂的部分与该密封剂密接而粘接固定在两个基板之间,上述填充材料和上述元件与上述密封剂一起被密封在两个基板之间。
8.一种太阳能电池模块的制造方法,是上述7所记载的太阳能电池模块的制造方法,在玻璃基板和背面保护基板中的任意一方上配置结晶元件,在上述基板的外周部分和从上述元件伸出的引线的位于上述外周部分的部分配置异丁烯系树脂密接剂作为密封剂,配置硅系液状物质作为填充材料,在其上重叠其他的玻璃基板或背面保护基板,基于真空状态进行加压层叠而形成层叠体,使得上述填充材料和上述元件与被配置在该外周部分的异丁烯系树脂密接剂一起密封在两个基板之间,接着使上述硅系液状物质反应而成为硅胶。
9.一种太阳能电池模块,在透明基板和背面保护基板之间配置光电变换薄膜元件,在上述元件的周围配置填充材料,用密封剂密封其外周部分,其特征在于:透明基板是玻璃基板,填充材料是硅胶,上述密封剂由异丁烯系树脂密接剂构成,在与上述填充材料的外周相接的状态下对两个基板进行粘接固定,并且使从上述元件伸出的引线的贯通被配置在上述外周部分的上述密封剂的部分与该密封剂密接而粘接固定在两个基板之间,上述填充材料和上述元件与上述密封剂一起被密封在两个基板之间。
10.一种太阳能电池模块的制造方法,是上述9所记载的太阳能电池模块的制造方法,在基板面设置了光电变换薄膜元件的玻璃基板的外周部分和从上述元件伸出的引线的位于上述外周部分的部分配置异丁烯系树脂密接剂作为密封剂,配置硅系液状物质作为填充材料,在其上重叠背面保护基板,基于真空状态进行加压层叠而形成层叠体,使得上述填充材料和上述元件与被配置在该外周部分的异丁烯系树脂密接剂一起密封在两个基板之间,接着使上述硅系液状物质反应而成为硅胶。
根据上述本发明,能够低成本地提供具有高变换效率并且能够半永久地在室外使用的超高耐久性的太阳能电池模块。
附图说明
图1是表示本发明的太阳能电池模块的层叠构造和引线的引出部分的一个例子的截面图。
图2是表示本发明的太阳能电池模块的层叠构造的其他例子的截面图。
图3是表示本发明的太阳能电池模块的层叠构造的其他例子的截面图。
图4是表示本发明的太阳能电池模块的层叠构造的其他例子的截面图。
图5是表示本发明的太阳能电池模块的层叠构造的其他例子的截面图。
图6是表示本发明的太阳能电池模块的层叠构造的其他例子的截面图。
图7是表示本发明的太阳能电池模块的引线的引出部分的其他例子的截面图。
图8是表示本发明的太阳能电池模块的引线的引出部分的其他例子的截面图。
具体实施方式
本发明人为了得到超高耐久性的太阳能电池模块,而认识到至少透明基板、太阳能电池元件、填充材料必须由能够半永久地使用的材料构成。透明基板如果是玻璃基板则是稳定的。本发明的太阳能电池元件是板状结晶元件、薄膜元件等无机物质,虽然有元件固有的若干不同,但基本上能够长期间使用。因此,本发明人从根本上再研究填充材料的结果,发现了在牢固的密封构造(例如硅系树脂粘接剂等)的基础上无气泡地将超高耐久性的液状物质(例如硅油、硅胶等)密封在基板之间的方法,从而完成超高耐久性的太阳能电池模块。另外,通过将背面保护基板也设置为玻璃基板,还能够得到耐久性优越的划时代的太阳能电池模块。从能源回收、省资源、经济性方面看,提供该超高耐久性的太阳能电池模块具有极其重要的意义。
太阳能电池的光电变换元件有各种种类,有单结晶硅元件、多结晶硅元件等结晶元件(板状结晶元件、球状结晶元件)和非晶硅薄膜元件、微结晶硅薄膜元件、CIGS系薄膜元件等那样在基板上形成了元件的薄膜元件、在板状结晶元件的面上层叠了薄膜元件的混合型元件等,都可以广泛地在本发明中利用。以下,详细记载板状结晶元件和薄膜元件,但在本发明中也包含球状结晶元件。
本发明能够全部解决成为现有的EVA法的改善点的上述的问题。另外,本发明也包含最困难的引线的引出部位,首次成功地构筑了确实地防止液状物质的泄漏的牢固的密封构造。其结果是得到了完全没有气泡(对电气部件的致命缺陷)、液体泄漏(不合格品)等的超耐久性的模块。进而,通过简单的涂抹工序就能够适用密封剂和填充材料,能够容易地对应从小型到大型的各种大小、各种形状(例如长方形、三角形、台形、圆形等)。具体地说,在玻璃基板的外周部分配置密封剂,配置板状结晶元件(薄膜元件已经形成在玻璃基板面),在引线的引出部分的上侧面还追加配置密封剂,滴下成为填充材料的液状物质,根据需要配置间隔物(spacer),重叠背面保护基板而成为假层叠体,在通过真空层叠装置对该假层叠体进行真空脱气后,在室温下使其加压密接而成为层叠体。该方法的要点是在室温的真空下进行了加压时,高粘性的密封剂在保持所配置的外周部分的位置的同时被按压而密接在两个基板之间,同时还起到防止液状物质的液体泄漏的基座的功能。其结果是成为只通过2~3分钟左右的短时间的真空下的室温加压处理和自然放置就结束了层叠化的划时代的方法。
以下,在更详细地进行说明时,作为液体物质记载了硅油来作为代表例子,但并不只限于此。硅油在从-70℃到300℃的宽广范围内具有流动性,并且满足透明性、耐热性、耐寒性、耐水性、绝缘性、耐久性的条件。另外,也可以在层叠了硅系液状物质后使其反应,而成为胶等非流动体。
以下,在本发明中,“胶”表示在层叠液状物质后使其反应而成为了非流动体(例如胶、弹性体等)的填充材料。
接着,说明密封液状物质的密封构造和密封剂。对于密封剂,要求在层叠时防止液状物质的液体泄漏的基座功能、稳定地固定两个基板的粘接功能。具体地说,具有使一种密封剂具有两个功能的方法、和使2种密封剂分别具有各自的功能的方法。另外,在层叠后液状物质进行架桥反应而成为胶的情况下,也可以只是起到基座功能的密封剂。其理由是液状物质成为非流动体,而不会造成液体泄漏。当然,特别对于粘接功能,需要高耐久性。例如,是具备2个功能的高粘性的硅系树脂粘接剂(架桥反应型粘接剂)、具有基座功能的超高粘性的异丁烯系树脂密接剂(热熔胶型粘结剂)等。
在太阳能电池元件中有板状结晶元件和薄膜元件,必须注意这些元件的厚度有很大的不同。以下,具体进行图示,说明由元件(板状结晶元件和薄膜元件)、填充材料(硅油和硅胶)、密封剂(硅系树脂粘接剂和热熔胶型粘结剂)等构成的模块的构造。
另外,如果考虑到超高耐久性,则理想的是也使用玻璃基板作为背面保护基板,但如果考虑到轻量化,则也可以使用树脂膜、树脂板等。在附图中,省略了间隔物的图示。
图1是表示形成在玻璃基板3的一面的层叠了薄膜元件8的模块的截面构造的图。通过设置在玻璃基板3和背面保护基板4的基板之间的第一密封6的硅系树脂粘接剂,对作为填充材料5的硅油进行密封。引线10通过由薄膜元件8和导电接合剂(例如焊锡、银膏等)构成的接合部9而被接线引出。在该引线10的引出部的上下两面也配置第一密封6的硅系树脂粘接剂,粘接固定玻璃基板3、背面保护基板4、引线10。另外,也可以配置层叠较多的硅系树脂粘接剂使得充分覆盖接合部9。该接合部的基板间隔与引线10相比,体积更大。进而,理想的是如图示那样,从外周部分的区域离开地配置薄膜元件8,使得密封剂良好地与玻璃基板3粘接、密接。另外,也可以在层叠后液状物质反应而变化为硅胶。另外,硅系树脂粘接剂具有高耐久性是公知的。另外,背面保护基板4也设为玻璃基板的模块与现有的窗玻璃同样,具有耐久性、创造性,可以利用于窗、房檐、天井等。进而,如果追加玻璃基板而设置气体层,则成为还具有隔热性的窗玻璃。
图2是表示层叠了薄膜元件8的模块的截面构造的图。薄膜元件8容易受到水份的影响,第一密封6的硅系树脂粘接剂有时使水分子透过。因此,如果设置第二密封7的异丁烯系树脂密接剂的层,则透湿性变得非常小,在高温多湿地区中利用时有利。另外,该第一密封6可以被配置在第二密封7的外侧,或者也可以配置在两侧,进而也可以是2段、4层的密封构造。另外,如果将两个基板设为玻璃基板,则成为超高耐久性,即使在该模块中不设置氧化铝框也可以使用,因此是低成本的,在防止雷击、防止残留灰尘等方面是优越的,特别在原野的大规模太阳能发电场中是有用的。
图3是表示层叠了板状结晶元件1的模块的截面构造的图。板状结晶元件1被层叠而通过互联线2进行接线,在成为受光面的玻璃基板3与背面保护基板4之间内置填充材料5的硅油(流动体)、或硅胶(非流动体)。第二密封7是异丁烯系树脂密接剂,起到通过超高粘性密接而与外周部分粘接来确实地防止液体泄漏的基座功能。但是,没有粘接固定两个基板的粘接力,无法支撑硅油的重量。因此,通过设置配置了第一密封6的硅系树脂粘接剂的多段密封,能够防止因硅油的流动落下所造成的液体泄漏,成为良好的模块。另外,也可以是在层叠后液体物质反应而变化为硅胶。另外,异丁烯系树脂密接剂是防湿性的,防止电极的腐蚀。
图4是表示层叠了薄膜元件8的模块的截面构造的图。是对图1的第一密封6的硅系树脂粘接剂的结构进行了改进的密封构造。是为了得到基座功能而将硅系树脂粘接剂的粘性更大的高粘性硅系树脂粘接剂配置为追加的第一密封6’的由2种硅系树脂粘接剂构成的密封。虽然没有特别图示,但该结构也可以用于使用了板状结晶元件1的模块中。
图5是表示层叠了板状结晶元件1的模块的截面构造的图。第二密封7的异丁烯系树脂密接剂起到密接而与外周部分粘接来确实地防止液体泄漏的基座功能。但是,在该密封构造中,由于没有粘接固定两个基板,所以为了防止层叠后的液状物质的液体泄漏,也可以在层叠后使液状物质反应而成为填充材料5的硅胶(非流动体)。另外,虽然没有特别图示,但作为追加的改进,通过在引线的引出部分部分地配置硅系树脂粘接剂而使引线与基板粘接固定,还能够谋求防止引线的晃动。另外,也可以在板状结晶元件1和背面保护基板4之间点状地设置硅系树脂粘接剂,来固定板状结晶元件1。
图6是表示层叠了薄膜元件8的模块的截面构造的图。与图5中一样,第二密封7是异丁烯系树脂密接剂,填充材料5是硅胶。如图7所示,通过焊锡等,引线10被薄膜元件8和接合部9接线而固定。
以下,更详细地说明本发明。太阳能电池元件具有板状结晶元件1和薄膜元件8。在玻璃基板3与背面保护基板4之间隔着薄的无气泡状态的填充材料5的硅油层叠用互联线2接线的板状结晶元件1。该模块构造通过在真空下密封硅油的本发明的制造方法才首次成为可能。
该模块的基板间隔在板状结晶元件1中厚,而在薄膜元件8中薄。板状结晶元件1的板厚度是0.05~0.2mm左右,另外,薄膜元件8可以被看作是非常薄地与玻璃基板是一体的。在板状结晶元件的情况下,两个基板的间隔加上与互联线2的接线而进一步加厚,该基板间隔可以是从0.1mm到3mm左右,理想的是从0.2mm到1.5mm左右,更理想的是0.3mm到0.8mm左右。在薄膜元件的情况下,可以是从0.005mm到3mm左右,理想的是从0.02mm到1mm左右,更理想的是从0.05到0.5mm左右。特别加厚该间隔并没有优点,如果薄则重量轻,并且还减少了填充材料的使用量,是经济的。
另外,密封宽度有单独使用硅系树脂粘接剂的情况和复合使用硅系树脂粘接剂和异丁烯系树脂密接剂的情况,在任意的情况下,都可以是2mm~50mm左右,理想的是5mm~30mm左右,更理想的是8mm~20m左右。在单独使用异丁烯系树脂密接剂的情况下,可以是2mm~30mm左右,理想的是3mm~15mm左右,更理想的是5mm~10mm左右。当然,如果外周部分的密封宽度宽广,则受光的面积变窄,对发电量有影响。
进而,虽然没有特别图示,但与使用板状结晶元件的情况一样,如上述说明的那样,在模块构造、制造方法中可以使用在特殊膜(例如聚酰亚胺、不锈钢膜等)上设置薄膜元件的挠性薄膜元件、球状结晶元件等,这些形式也包含在本发明中。
接着,以层叠了板状结晶元件1的图3的构造为例子,说明本发明的制造方法。从玻璃基板3的端部向内侧3mm左右的外周部分配置线状的异丁烯系树脂密接剂(通过室温加压能够容易地如粘土那样变形而与基板密接),进而,使其内侧离开1mm左右,将2种液体混合型的硅系树脂粘接剂(在室温下进行反应而硬化,粘接固定两个基板)配置为细的线状。进而,大致均等地滴下硅油,在其上配置用互联线2接线了的板状结晶元件1,在引线部分的上侧面部分地配置异丁烯系树脂密接剂和硅系树脂粘接剂,进而根据需要向板状结晶元件1滴下硅油。然后,层叠背面保护基板4而成为假层叠体。
将该假层叠体放入室温的真空层叠装置,充分加压脱气,在真空状态(0.7~1.0Torr)下轻地加压。其结果是两个基板短时间内通过超高粘度的异丁烯系树脂密接剂密接而成为密封状态。如果在大气压下开放该密接的层叠体,则内部成为负压,自然地成为在大气压下被加压的状态,密封剂被压碎而成为扁平,并且低粘性的硅油逐渐扩展到全体,流入到细微的间隙而填充。
另外,硅系树脂粘接剂与异丁烯系树脂密接剂接触并且被压碎,逐渐进行架桥反应,如图3所示,粘接固定两个基板。其结果是板状结晶元件1隔着硅油被密封在玻璃基板3和背面保护基板4之间。另外,如图8所示那样,引线10的引出部分的上下两面通过第一密封6的硅系树脂粘接剂和第二密封7的异丁烯系树脂密接剂而确实地被密封。另外,在将第一密封6配置在外侧的情况下,还有在层叠后向基板之间的间隙注入硅系树脂粘接剂的方法。例如,设为使最外周部分隔开5mm左右而设置了第二密封7的层叠体,然后向基板之间的间隙注入硅系树脂,使其进行架桥反应而成为第一密封6。另外,也可以向间隙注入低粘度的紫外线硬化型粘接剂,进行光照射而使其粘接硬化。
在此应该关注的是:如果在室温的真空状态下对该假层叠体进行加压,异丁烯系树脂密接剂与两个基板接触而密接,则也可以在大气压下开放。其理由是通过密封效果,内部成为真空状态,即使放置在大气压下,填充材料5也自然地拓展到全体,而填充到细微部分。其结果是高价的真空层叠装置的限制时间只要2~3分钟左右,成为高速生产,能够对低成本化产生很大贡献。
但是,在层叠时,有时会产生点点地残存小气泡的现象。该气泡的残存对于太阳能电池模块的耐久性来说是致命的缺陷。但是,令人吃惊的是:即使是点点地残存了小气泡的层叠体,在层叠后放置数日后,气泡的大小逐渐缩小,而完全消失。在本发明中,发现了残存气泡如此被硅油吸收而不久消失的情况,基于此而解决了该难题。其理由可以认为是硅油在真空中减压脱气(能够进行空气的溶解)了的状态下进行层叠,并且内部成为负压,而处于在大气压下被加压的状态。另外,还发现了:成为了通过该负压而在大气压下始终按压两个基板的状态,散布的间隔物有效地发挥作用,而维持了基板间隔。
硅油也可以配置在板状结晶元件1的上下两侧,即使是小的间隙也能够浸入,因此可以只配置在板状结晶元件1的单侧,也可以不偏离基板大致均等地配置为必要量。另外,也可以在对填充材料进行了脱气处理后而滴下,或者使涂抹量比为了埋住间隙所需要的理论量稍微多些,或者点状、线状、面状地大致均等间隔(例如10mm、30mm、50mm间距等)地滴下大致等量,或者逐渐多阶段地加压,或者配置间隔物。其结果是硅油容易均等地扩展。另外,可以改变密封剂、板状结晶元件1、硅油等的配置顺序,也可以在真空下进行加压密封之前使它们位于基板之间的规定的位置。另外,通过将密封剂配置在引线10的引出部分的上下两面,还可以通过真空下的加压密接,在无气泡的状态下确实地密封引线10的引出部分的台阶差。另外,也可以使玻璃基板3和背面保护基板4的使用顺序相反而成为假层叠体。另外,为了提高生产率,而重叠多个假层叠体而装入装置,同时进行真空脱气而使其同时加压密接。另外,由于不需要特别地设置氧化铝框,所以即使是大面积模块,从基板的外周部分引出的引线也能够容易地与端子箱连接。另外,也可以删除现有方法的背面保护基板4的内部,而从所设置的孔的外周部分引出引线与端子箱连接。
制作图3所示的小型模块而进行了耐久性试验。准备在两面上形成了的电极的多结晶型的板状结晶元件1(25×50×0.15mm,京瓷株式会社制),用焊锡将由31×2×0.1mm的细铜板构成的引线连线(4mm)到该电极。使用成为玻璃基板3的白板玻璃(90×65×4mm),从其端部向2mm左右的内侧配置成为第二密封7的线状的异丁烯系树脂密接剂(直径2mm,横滨ゴム的SM488),接着隔开1mm左右的间隙而将成为第一密封6的在室温下硬化的2液体混合型的硅系树脂粘接剂(东丽/Dow Corning公司的SE936)涂抹为细线状。进而,隔开5mm左右的间隙而将成为填充材料5的二甲基硅油(粘度:1万CS/25度)口字形地线状涂抹在外周部分,并且向中央部分小点状地涂抹2点。将带有引线的板状结晶元件1配置在该涂抹基板的中央部分。在该引线10的上侧面还追加配置异丁烯系树脂密接剂和硅系树脂粘接剂,在板状结晶元件1上追加涂抹小的2点硅油后,配置成为背面保护基板4的青板玻璃(90×65×4mm)而成为假层叠体。
将该假层叠体放入真空装置在室温(23度)进行60秒减压脱气后轻地加压,在使异丁烯系树脂密接剂与两基板接触后在大气压中开放。异丁烯系树脂密接剂和硅系树脂粘接剂通过大气压被按压在规定的位置,硅油逐渐流动展开到细微部分。引线10和两个基板在放置在室温下的情况下,通过硅系树脂粘接剂被粘接固定。其结果是得到由4mm幅度左右的第一密封6和6mm幅度左右的第二密封7构成的无气泡的小型模块。进而,将引出的引线10弯曲为コ字形,将测量端子(4mm)旋转到背面保护基板4的面,向基板的端面部分涂抹硅系树脂粘接剂,对引线进行绝缘覆盖,粘接固定到基板端面。
接着,使用该小型模块,进行由200次下述的试验所构成的非常严酷的耐久性试验:卤化金属灯式的超UV试验(100mW/cm2,岩崎电气アイス一パ一UV测试仪)的1000小时照射,温度85度、相对湿度85%的放置3000小时,-20℃和95℃的温度循环试验。在将通用测试仪连接到端子而进行了测定,在灯光光源下显示出0.425mV左右,在晴天的日照下显示出0.615mV左右。使人惊讶的是在试验前后进行了同样的测定,其值为相同的值,是稳定的。另外,在外观检查中也没有看出特别的变化。
接着,说明由薄膜元件8构成的图1所示的模块的制造方法。该密封构造只由成为第一密封6的硅系树脂粘接剂构成。对于薄膜元件8,为了减薄而使得能够无视元件的厚度,基板间隔非常薄,还能够容易地确保密封剂的基座功能。具体地说,在设置了用焊锡对引线进行了接线的薄膜元件8的基板的外周部分,线状地配置硅系树脂粘接剂。另外,对于引线的引出部分,在上下两面配置硅系树脂粘接剂。进而,沿着密封口字形地多重滴下成为填充材料5的低粘度的硅油,使得对面全体大致均等,并散布玻璃串珠的间隔物,然后,层叠背面保护基板4而成为假层叠体。
将该假层叠体放入室温的真空层叠装置,在真空状态下多段地进行加压。其结果是两个基板在短时间内成为密封的状态。如果将该密封了的层叠体在大气压下开放,则自然地在大气压下被加压,进而对涂抹在外周部分的硅系树脂粘接剂进行按压,并且硅油不产生液体泄漏地逐渐扩展到全体,填充到细微部分。另外,硅系树脂粘接剂进行架桥反应而粘接固定两个基板,成为牢固的密封。
说明具有图5所示的板状结晶元件1的模块的制造方法。作为密封剂在外周部分只配置第二密封7的异丁烯系树脂密接剂,其他工序与图3的模块的制造方法一样。其中,异丁烯系树脂密接剂具有适度的折缝性,虽然两个基板密接,但无法粘接固定两个基板。因此,需要在层叠后使填充材料5的液状物质反应而成为胶。该反应可以是缓慢的,也可以适当地加温来促进反应。
进而,图7表示从图6所示的模块的薄膜元件8引出的引线10的截面图。用导电接合剂(例如焊锡、银膏等)对薄膜元件8和引线10进行接线而成为接合部9。第二密封的异丁烯系树脂密接剂与引线10的引出部分的上下两面密接,防止层叠时的液状物质的液体泄漏。在层叠后,使液状物质反应而成为胶体(非流动体)。
另外,在以上,主要记载了室温下的制造方法,但在本发明中,也可以利用对假层叠体进行加温而在真空下密封,在该密封层叠后进行加温,或者利用紫外线等的光照射。
接着,说明本发明所使用的材料。作为玻璃基板3,只要是充分地透过光线的材料就可以广泛地利用,可以列举白板玻璃、青板玻璃等。对玻璃基板,可以根据需要进行强化玻璃、表面反射防止、模板玻璃、紫外线截止等加工。特别地为了防止表面反射,理想的是降低来自与大气、填充材料的界面的反射的加工处理。
背面保护基板4可以广泛地使用以前使用的材料,例如有玻璃基板(例如青板玻璃、强化玻璃、模板玻璃等)、树脂膜(例如硬质聚氯乙稀、聚脂等)、钢板、不锈钢板等。对于模块的轻量化,树脂膜是有用的,本发明的制造温度可以是室温,硬质聚氯乙稀可以根据用途利用0.1~1mm未满的薄膜(例如三菱树脂的VINYFOIL等)、1~3mm左右的厚板(例如信越聚合物的聚合物板等)。硬质聚氯乙稀与密封剂(例如硅系树脂粘接剂、异丁烯系树脂密接剂等)的粘接性、密接性好,还有耐久性、经济性,非常有用。另外,与氧化铝箔、乙烯四氟乙烯等的层叠板、对二氧化硅进行了蒸镀的树脂膜(三菱树脂的テツクバリアLX等)、提高了粘接性的表面改质膜等也是有用的。特别在薄膜元件的情况下忌避水份,因此,玻璃基板、氧化铝箔层叠板、蒸镀了二氧化硅的树脂膜等是理想的。
作为成为填充材料5的液状物质,具体地说,可以列举硅油,例如二甲基硅油、甲苯基硅油、甲基氢硅油、烷变性硅油、聚醚变性硅油、乙醇变性硅油等、或氟油、例如氟化聚醚、大金化学工业公司(ダイキン化学工業社)的DEMNUM、NOK公司的FLUDE等。也可以向该液状物质添加超微粉末二氧化硅等而使其具有搅溶特性,以减少流动而改良涂抹性能。其结果是使得能够以倾斜状态进行基板洗净、涂抹、假层叠等工序的加工,具有减少污染物的附着、容易涂抹、容易进行基板移动等优点,特别地对于薄膜元件的模块的生产有用。
另外,作为虽然在层叠时在室温下是液体的但在层叠后进行反应(热反应或光反应)而成为胶的液状物质,例如可以列举硅系(例如信越化学工业的KE1051、KE1052、东丽/Dow Corning公司的SE1740、SE1887、CY52-276等)、变性硅系(例如信越光学工业的SIFEL8570A/B等)等。这些都是超高耐久性的硅胶,对本发明有用。另外,在本发明中,包含这些硅系或变性硅系液状物质地称为硅系液状物质。
另外,也可以向液状物质添加紫外线吸收剂(例如苯酮系、苯并三唑系、三嗪系等)而提高耐久性,同时填充材料5所产生的紫外线屏蔽还成为用作背面保护基板4时的树脂膜的保护。作为有用的紫外线吸收剂,例如有日本西普洛化成公司的SEESORB-103、汽巴精化有限公司的TINUVIN328、TINUVIN400等。其添加量可以是0.1~5W%左右,理想的可以是0.2~3W%左右,更理想的可以是0.5~2W%左右。特别地甲苯基硅油(例如东丽/Dow Corning公司的SH550、SH702、SH705)由于苯基的效果而容易溶解紫外线吸收剂。另外,作为提高溶解度的方法,还可以进行填充材料的混合利用、向紫外线吸收剂导入具有与填充材料的亲和性的官能基(例如使紫外线吸收剂与变性硅接合的物质等)等。另外,也可以使溶解度低的物质作为超微粒子均匀地分散。
密封剂有在第一密封6中使用的架桥反应型粘接剂和在第二密封7中使用的热熔胶型粘接剂。它们是通过室温下的加压流动变形的物质。架桥反应型粘接剂有2种液体混合型的架桥反应型粘接剂、通过与水分子的反应而形成的1种液体型的架桥反应型粘接剂、通过紫外线照射产生的架桥反应型粘接剂等。其粘性理想的是能够挤压涂抹并难以自重变形的高粘性的膏状。特别地高耐久性的硅系树脂粘接剂与玻璃基板的粘接性好,对本发明非常有用,可以用于1种液体型、2种液体混合型。例如,脱乙醇的硅系树脂粘接剂(例如东丽/Dow Corning公司的SE9155、SE9175、SE737、SE9500、SE936等、信越化学工业公司的KE4866、KE4898、モメンテイブ公司的TSE392-C等)、脱丙酮的硅系树脂粘接剂(例如信越化学工业公司的KE348、KE3428等)、变性硅系树脂粘接剂(例如Cemedine公司的SUPER-X、信越化学工业公司的SIFEL2000等)、硅反应性热熔胶粘接剂(例如Dow Corning公司的InstantGlaze等)等。硅系树脂粘接剂是公知的,在此省略说明。另外,虽然耐久性比硅系差,但还有硫化物系、尿烷系、丙烯酸系、异丁烯系、丙烯酸尿烷系、环氧系、丙烯酸环氧系等。
当然,也可以根据需要,添加填充剂(例如二氧化硅粉末、二氧化硅超微粉末、碳酸钙等)、氧化防止剂、紫外线吸收剂、可塑剂、润滑剂、颜料、防滴剂、反应调整剂等。另外,第一密封6、第二密封7还需要考虑到绝缘性来选择添加剂。
另外,架桥反应型粘接剂的粘度可以比填充材料5的液状物质高,理想的是可以高几倍以上,更理想的是10倍以上,由此容易配置在规定的位置。特别地,在只用架桥反应型粘接剂在外周部形成密封的情况下,可以根据以下的方法等进行粘度的调整:使其具有摇溶特性而成为更高的粘度(难以自重变形)的方法(例如添加超微二氧化硅粉末等);在涂抹后使其稍微进行反应而成为高粘度的方法(例如变性硅系树脂粘接剂等);进行加温提高流动性而容易涂抹的方法(例如硅反应性热熔胶粘接剂等)。特别地,该硅反应性热熔胶粘接剂由于同时具有粘接性和基座功能,所以对水分比较强而基板间隔大的板状结晶元件1的模块有用。另外,如果考虑到与填充材料5的液状物质的长时间接触,则硅系树脂粘接剂由于其化学稳定性比异丁烯系树脂粘接剂高,所以可以如图2、图3的第一密封6那样将硅系树脂粘接剂配置在内侧。例如,硅系树脂粘接剂即使与硅油、硅胶、氟油等接触也不产生特别的变化,是稳定的。
热熔胶型粘接剂例如有异丁烯系树脂等。它们可以连续加热而按压为线状(截面:圆形、半圆形、椭圆形、长方形等),在室温下不产生自重变形,通过室温加压容易进行塑性变形。作为其代表例子,说明异丁烯系树脂粘接剂。如朝仓书店的粘接大百科(VanNostrad Reinhol公司的Handbook of Adhesives/Third Edition的翻译本)的丁基橡胶/多异丁烯粘接剂的章节所详细说明的那样,异丁烯系树脂只由以异丁烯单位为基本构造的烃构成。该树脂是由于甲基效果和疏水性而水蒸气透过率非常低的树脂。另外,由于是无定形高分子,所以柔软性、耐冲击性、永久胶粘性优越。玻璃转移温度为-60℃附近,因此,即使在室温以下的低温下也能够维持柔软性,显示出高粘接性。更具体地说,是根据需要添加了多异丁烯、异丁烯-异戊二烯共聚物等粘接赋予剂(例如环氧树脂、硅烷耦合剂、烷基酯剂等)、具有绝缘性的填充剂(例如二氧化硅粉末、超微二氧化硅粉末等)、氧化防止剂、紫外线吸收剂、可塑剂、润滑剂、颜料等的混合物。另外,该异丁烯系树脂粘接剂具有高耐久性,并且水份、氧的透过性也小,对室外使用的本发明的太阳能电池模块有用。即使将2个基板设置为玻璃基板,为了防止水份从基板外周部的截面向内部扩散,异丁烯系树脂粘接剂也是非常有用的。当然,为了长期地确保其粘接性(确保防湿性),即使在填充材料是非流动性的胶的情况下,同时还使用了硅系树脂粘接剂的密封构造比单独使用更理想。
虽然没有特别图示,但为了保持基板间隔,也可以根据需要使用间隔物,其形状有空心颗粒状、棒状、面状等,其大小可以根据使用部位(例如填充材料的部分、密封的部位等)适当地选择。另外,间隔物的配置可以固定为一定的间隔,也可以随机地散布而非固定。进而,还有事先将间隔物添加到填充材料进行涂抹的方法。其材料可以广泛地从玻璃、陶瓷、树脂、橡胶、金属等中选择。
如以上说明的那样,本发明人为了得到能够半永久使用的太阳能电池模块,而发现了必须至少透明基板、太阳能电池元件、填充材料由具有超高耐久性的材料构成。因此,着眼于使用高耐久性的液状物质作为填充材料的情况,确立了在室温下将液状物质密封为无气泡状态的制造方法。其结果是,成为通过牢固的密封构造对液状物质进行密封而成的高耐久性的模块。该高耐久性在能源回收率、省资源、经济性上有着本质的意义。当然,能够得到完全没有气泡(对电气部件有致命的缺陷)、液体泄漏(不合格品)等的模块。另外,能够在室温下高速地生产,对低成本化有很大作用,并且还降低了制造能源。进而,由于是直接向基板涂抹密封剂和液状物质的方式,所以包含超大型尺寸地可以尽早地对应各种尺寸、各种形状的模块,还适合于连续大量生产。另外,不需要在模块中设置氧化铝框就能够确保高防湿性、高耐久性,因此是经济的,并且还对应了雷击。因此,本发明对于大规模地施工超大型模块的太阳能发电所是非常有用的。另外,在城市内设置在屋顶等,如果考虑到其更换费用,则半永久的耐久性在经济上有很大意义,并且由于能够容易地从基板卸下高价的结晶元件,所以回收性优越。进而,在本发明的模块中,即使受到大的冷热差,由于填充材料5是液状物质或柔软的胶,所以也可以将内部应力维持得小。因此,对于今后需要超薄型的板状结晶元件、高变换率的杂合构造元件、多接合元件等的实用化的元件,对防止元件破损、界面剥离、电极剥离等也是有效的。
本发明由于能够低成本地提供超高耐久性的太阳能电池模块,所以在工业上是极其有用的。

Claims (10)

1.一种太阳能电池模块,在透明基板和背面保护基板之间配置光电变换薄膜元件或结晶元件,在上述元件的周围配置填充材料,用密封剂密封其外周部分,其特征在于:
透明基板是玻璃基板,填充材料是硅系液状物质、氟油或硅胶,上述填充材料配置为与上述透明基板、上述背面保护基板以及上述元件直接相接,上述密封剂由架桥反应型粘接剂构成,在上述两个基板间以与上述填充材料的外周相接的状态对两个基板进行粘接固定,并且使从上述元件伸出的引线的贯通被配置在上述外周部分的上述密封剂的部分与该密封剂密接而粘接固定在两个基板之间,上述填充材料和上述元件与上述密封剂一起被密封在两个基板之间。
2.根据权利要求1所记载的太阳能电池模块,其特征在于:
架桥反应型粘接剂是硅系树脂粘接剂。
3.根据权利要求1或2所记载的太阳能电池模块,其特征在于:
在基板之间的外周部分设置异丁烯系树脂密接剂,以便与架桥反应型粘接剂相接。
4.一种太阳能电池模块的制造方法,其特征在于:
在玻璃基板和背面保护基板中的任意一方上配置光电变换薄膜元件或结晶元件,在上述基板的外周部分和从上述元件伸出的引线的位于上述外周部分的部分配置架桥反应型粘接剂作为密封剂,配置硅系液状物质或氟油作为填充材料,在其上重叠其他的玻璃基板或背面保护基板,基于真空状态进行加压层叠而形成层叠体,使得上述填充材料和上述元件与被配置在该外周部分的架桥反应型粘接剂一起密封在两个基板之间,接着使上述架桥反应型粘接剂架桥。
5.根据权利要求4所记载的太阳能电池模块的制造方法,其特征在于:
在接近架桥反应型粘接剂而配置了异丁烯系树脂密接剂后,进行加压层叠而形成层叠体,进而在基板之间设置异丁烯系树脂密接剂的层。
6.根据权利要求4或5所记载的太阳能电池模块的制造方法,其特征在于:
在层叠后使硅系液状物质反应而成为硅胶。
7.一种太阳能电池模块,在透明基板和背面保护基板之间配置光电变换结晶元件,在上述元件的周围配置填充材料,用密封剂密封其外周部分,其特征在于:
透明基板是玻璃基板,填充材料是硅胶,上述填充材料配置为与上述透明基板、上述背面保护基板以及上述元件直接相接,上述密封剂由异丁烯系树脂密接剂构成,在上述两个基板间以与上述填充材料的外周相接的状态对两个基板进行粘接固定,并且使从上述元件伸出的引线的贯通被配置在上述外周部分的上述密封剂的部分与该密封剂密接而粘接固定在两个基板之间,上述填充材料和上述元件与上述密封剂一起被密封在两个基板之间。
8.一种太阳能电池模块的制造方法,其特征在于:
在玻璃基板和背面保护基板中的任意一方上配置结晶元件,在上述基板的外周部分和从上述元件伸出的引线的位于上述外周部分的部分配置异丁烯系树脂密接剂作为密封剂,配置硅系液状物质作为填充材料,在其上重叠其他的玻璃基板或背面保护基板,基于真空状态进行加压层叠而形成层叠体,使得上述填充材料和上述元件与被配置在该外周部分的异丁烯系树脂密接剂一起密封在两个基板之间,接着使上述硅系液状物质反应而成为硅胶。
9.一种太阳能电池模块,在透明基板和背面保护基板之间配置光电变换薄膜元件,在上述元件的周围配置填充材料,用密封剂密封其外周部分,其特征在于:
透明基板是玻璃基板,填充材料是硅胶,上述填充材料配置为与上述透明基板、上述背面保护基板以及上述元件直接相接,上述密封剂由异丁烯系树脂密接剂构成,在上述两个基板间以与上述填充材料的外周相接的状态对两个基板进行粘接固定,并且使从上述元件伸出的引线的贯通被配置在上述外周部分的上述密封剂的部分与该密封剂密接而粘接固定在两个基板之间,上述填充材料和上述元件与上述密封剂一起被密封在两个基板之间。
10.一种太阳能电池模块的制造方法,其特征在于:
在基板面设置了光电变换薄膜元件的玻璃基板的外周部分和从上述元件伸出的引线的位于上述外周部分的部分配置异丁烯系树脂密接剂作为密封剂,配置硅系液状物质作为填充材料,在其上重叠背面保护基板,基于真空状态进行加压层叠而形成层叠体,使得上述填充材料和上述元件与被配置在该外周部分的异丁烯系树脂密接剂一起密封在两个基板之间,接着使上述硅系液状物质反应而成为硅胶。
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