CN110140222A - 太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

实施方式的一个例子涉及一种太阳能电池模块(10)，其具有多个太阳能电池单元(11)、将相邻的太阳能电池单元(11)彼此之间连接的布线材料(12)、设置在太阳能电池单元(11)的受光面侧的第1保护基材(13)、设置在太阳能电池单元(11)的背面侧的第2保护基材(14)、以及设置在第1保护基材(13)和第2保护基材(14)之间并将太阳能电池单元(11)密封的密封层(15)；第1保护基材(13)为树脂基材，关于密封层(15)，其线膨胀系数(α)为10～250(10‑6/K)，且拉伸弹性模量(E)满足[式1]的条件；[式1]140×exp(0.005α)MPa＜E。

Description

太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池模块。
背景技术
太阳能电池模块具有用布线材料连接多个太阳能电池单元而构成的太阳能电池单元的串(string)、夹持该串的2片保护基材、以及设置在各保护基材之间并将各太阳能电池单元密封的密封层。设置在太阳能电池单元的受光面侧的保护基材通常使用玻璃基板，但近年来，为了太阳能电池模块的轻量化，有时使用树脂基板以代替玻璃基板。在专利文献1中，公开了一种太阳能电池模块，其将以聚碳酸酯为主要成分的树脂基材用作太阳能电池单元的受光面侧的保护基材。
另外，在专利文献1中，作为构成密封层的树脂，公开了一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。密封层具有例如紧贴于各保护基材以及太阳能电池单元而约束单元的移动、而且保护太阳能电池单元免受湿气等的侵害的功能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-145807号公报
发明内容
发明所要解决的课题
可是，太阳能电池模块的温度随着周边环境而有很大的变化。如果太阳能电池模块的温度变化增大，则密封层伸缩而使太阳能电池单元彼此之间的间隔发生变化，从而连接单元彼此之间的布线材料有可能发生断裂。这样的课题在将树脂基材用作设置于太阳能电池单元的受光面侧的保护基材时更为明显。
用于解决课题的手段
本发明的一方式涉及一种太阳能电池模块，其特征在于：其具有多个太阳能电池单元、将相邻的所述太阳能电池单元彼此之间连接的布线材料、设置在所述各太阳能电池单元的受光面侧的第1保护基材、设置在所述各太阳能电池单元的背面侧的第2保护基材、设置在所述第1保护基材和所述第2保护基材之间并将所述太阳能电池单元密封的密封层；其中，所述第1保护基材为树脂基材；关于所述密封层，其线膨胀系数(α)为10～250(10-6/K)，且拉伸弹性模量(E)满足[式1]的条件。
[式1]140×exp(0.005α)MPa＜E
发明的效果
根据作为本发明一方式的太阳能电池模块，可以防止起因于模块的温度变化而可能发生的布线材料的断裂。也就是说，即使在太阳能电池模块的温度发生较大变化的情况下，也可以充分抑制布线材料的断裂。
附图说明
图1是实施方式的一个例子即太阳能电池模块的俯视图。
图2是表示图1中的AA线剖面的一部分的图。
图3是表示太阳能电池模块的模拟模型的图。
图4是表示密封层的物性和单元间距离的变化量之间的关系的图。
图5是表示成为[式1]的导出根据的模拟结果的图。
图6是表示实施方式的一个例子即太阳能电池模块的变形例的图。
图7是表示实施方式的一个例子即太阳能电池模块的变形例的图。
图8是实施方式的另一个例子即太阳能电池模块的剖视图。
图9是实施方式的另一个例子即太阳能电池模块的剖视图。
图10是实施方式的另一个例子即太阳能电池模块的剖视图。
图11是实施方式的另一个例子即太阳能电池模块的剖视图。
图12是实施方式的另一个例子即太阳能电池模块的剖视图。
图13是表示含有玻璃纤维的密封层(EVA)的线膨胀系数和拉伸弹性模量之间的关系的图。
具体实施方式
下面参照附图，就本发明的太阳能电池模块的实施方式的一个例子进行详细的说明。在实施方式中参照的附图由于只是示意的记载，因而附图中描绘的构成要素的尺寸比例等应该参考以下的说明而进行判断。此外，在本说明书中，“数值(A)～数值(B)”这一记载只要没有特别说明，就意味着“数值(A)以上且数值(B)以下”。
图1是实施方式的一个例子即太阳能电池模块10的俯视图，图2是表示图1中的AA线剖面的一部分的图。正如图1以及图2所例示的那样，太阳能电池模块10具有多个太阳能电池单元11、将相邻的太阳能电池单元11彼此之间连接的布线材料12、第1保护基材13、以及第2保护基材14。第1保护基材13是设置在各太阳能电池单元11的受光面侧、用于保护单元的受光面侧的构件。第2保护基材14是设置在各太阳能电池单元11的背面侧、用于保护单元的背面侧的构件。另外，太阳能电池模块10还具有设置在第1保护基材13和第2保护基材14之间并将太阳能电池单元11密封的密封层15。
在此，所谓太阳能电池单元11的“受光面”，意味着光主要入射的面，所谓“背面”，意味着受光面的相反侧的面。在向太阳能电池单元11入射的光中，超过50％的光例如80％以上或者90％以上的光从受光面侧入射。受光面以及背面的术语也使用于太阳能电池模块10以及后述的光电转换部。
详细情况后述，而密封层15是线膨胀系数(α)为10～250(10-6/K)、且拉伸弹性模量(E)满足[式1]的条件的树脂层。
[式1]140×exp(0.005α)MPa＜E
通过使用满足该条件的密封层15，可以减小相邻的太阳能电池单元11彼此之间的间隔(以下称为“单元间距离”)的变化，从而可以高度抑制连接单元彼此之间的布线材料12的断裂。
图1所例示的太阳能电池模块10俯视看来具有长方形状，但其形状可以适当变更，俯视看来也可以是正方形状、五角形状等。另外，在太阳能电池模块10的背面侧，也可以设置内装旁通二极管(by-pass diode)的接线盒(未图示)。
太阳能电池单元11分别具有通过接收太阳光而生成载流子的光电转换部、和设置在光电转换部上并收集载流子的集电极。图1所例示的光电转换部具有俯视看来斜切4个角而成的大致正方形状。
作为光电转换部的一个例子，可以列举出具有晶体硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等半导体基板、形成于半导体基板上的非晶质半导体层、以及形成于非晶质半导体层上的透明导电层的光电转换部。具体地说，可以例示出如下的结构：在n型单晶硅基板的一个面上依次形成i型非晶质硅层、p型非晶质硅层以及透明导电层，在另一个面上依次形成i型非晶质硅层、n型非晶质硅层以及透明导电层。
集电极由形成于光电转换部的受光面上的受光面电极、和形成于光电转换部的背面上的背面电极构成。在此情况下，受光面电极以及背面电极的一方成为n侧电极，另一方成为p侧电极。此外，太阳能电池单元11也可以只在光电转换部的背面侧具有n侧以及p侧的各电极。一般地说，背面电极由于比受光面电极更大面积地形成，因而太阳能电池单元11的背面可以说是集电极的面积较大的面、或者形成集电极的面。在本实施方式中，作为集电极，设定为具有受光面电极以及背面电极。
集电极优选包含多个指状电极。但是，关于背面电极，也可以设定为覆盖光电转换部的背面的大致整个区域的电极。多个指状电极为相互大致平行地形成的细线状电极。集电极也可以包含宽度比指状电极宽、并与各指状电极大致垂直的母线电极。在设置母线电极的情况下，布线材料12沿着母线电极进行安装。
多个太阳能电池单元11通过密封层15而加以密封，所述密封层15被第1保护基材13和第2保护基材14所夹持，且由填充于各保护基材之间的树脂构成。各太阳能电池单元11沿着各保护基材的面而配置在大致同一平面上。此外，各保护基材并不局限于平坦的基材，也可以是弯曲的基材。相邻的太阳能电池单元11通过布线材料12而串联连接，由此形成太阳能电池单元11的串16。布线材料12通常称之为连接板(interconnector)或者极耳。
布线材料12例如为平角形状的线材，以铜(Cu)、铝(Al)等金属为主要成分而构成。布线材料12也可以具有以银(Ag)、镍(Ni)或者用作软钎料的低熔点合金等为主要成分的镀层。例如，布线材料12的厚度为0.1mm～0.5mm，宽度为0.3mm～3mm。布线材料12优选在太阳能电池单元11的受光面以及背面安装多根(一般为2根或者3根)。
布线材料12沿着串16的长度方向而进行配置，在相邻的太阳能电池单元11中，被设置为从一个太阳能电池单元11的一侧端部延续到另一个太阳能电池单元11的另一侧端部。布线材料12的长度比使与2片太阳能电池单元11相当的长度和单元间距离相加所得到的长度稍短。布线材料12在相邻的太阳能电池单元11之间向模块的厚度方向弯曲，使用树脂粘结剂或者软钎料而分别与一个太阳能电池单元11的受光面和另一个太阳能电池单元11的背面接合在一起。而且布线材料12与太阳能电池单元11的集电极电连接在一起。
太阳能电池模块10优选具有多个将多个太阳能电池单元11排成一列的串16。在各串16的长度方向的两侧，在不与太阳能电池单元11重叠的位置设置有桥接布线材料(transition wiring members)17、18。桥接布线材料17是连接串16彼此之间的布线材料。桥接布线材料18是连接例如串16和输出用布线的布线材料。与位于串16端部的太阳能电池单元11接合在一起的布线材料12a连接在桥接布线材料17、18上。
太阳能电池模块10也可以具有沿着第1保护基材13以及第2保护基材14的周缘而安装的框架。框架保护各保护基材的周缘部，在将太阳能电池模块10安装在屋顶等上时加以利用。太阳能电池模块10也可以是没有框架的所谓无框架模块。无框架模块适用于太阳能电池模块和被安装物的一体型模块等。
下面就第1保护基材13、第2保护基材14以及密封层15进行详细的说明。
第1保护基材13可以使用透光性的树脂基材。如上所述，为了谋求太阳能电池模块10的轻量化，第1保护基材13优选使用树脂基材。另一方面，如果第1保护基材13使用树脂基材，则与使用玻璃基材的情况相比，耐冲击性降低。树脂基材由于硬度比玻璃基材更低，因而与冰雹等下落物碰撞而发生变形，可以设想其冲击力传递至太阳能电池单元11而使单元发生破损。
另外，在第1保护基材13使用玻璃基材的情况下，由于通过玻璃基材而可以抑制密封层15的伸缩，因而与模块的温度变化相伴的单元间距离的变化容易减小，但在使用树脂基材的情况下，单元间距离的变化容易增大。因此，布线材料12的断裂变得容易发生。通过将满足上述[式1]的条件的树脂层适用于密封层15，进而使用高刚性的第2保护基材14等，便可以应对这样的问题。
适用于第1保护基材13的树脂基材例如由选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、环状聚烯烃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)之中的至少1种构成。优选的树脂基材的一个例子为以聚碳酸酯(PC)为主要成分的树脂基材，例如是PC的含有率在90重量％以上、或者为95重量％～100重量％的PC基材。PC由于其耐冲击性以及透光性优良，因而优选作为第1保护基材13的构成材料。
构成第1保护基材13的树脂基材的厚度并没有特别的限定，但考虑到耐冲击性(太阳能电池单元11的保护)、轻量性、光透射性等，优选为0.001mm～15mm，更优选为0.5mm～10mm。此外，树脂基材也称之为树脂基板或者树脂薄膜。一般地说，厚度较厚者称之为树脂基板，厚度较薄者称之为树脂薄膜，但在太阳能电池模块10中，没有必要将两者明确地区别开来。
上述树脂基材的拉伸弹性模量并没有特别的限定，但考虑到耐冲击性等，优选为1GPa～10GPa，更优选为2.3GPa～2.5GPa。拉伸弹性模量(E)可以根据JIS K7161-1(塑料-拉伸特性的求法-第1部分：总则)，在试验温度25℃、试验速度100mm/分钟的条件下，对施加于试验片的载荷(拉伸应力)和拉伸率(应变)进行测定，从而由下述[式2]算出。
[式2]E＝(σ2－σ1)/(ε2－ε1)
σ1：在应变ε1＝0.0005下测得的拉伸应力(Pa)
σ2：在应变ε2＝0.0025下测得的拉伸应力(Pa)
上述树脂基材的总透光率优选较高，例如为80％～100％、或者为85％～95％。总透光率可以根据JIS K7361-1(塑料-透明材料的总透光率的试验方法-第1部分：单光束法)而进行测定。
第2保护基材14与第1保护基材13同样，也可以使用透光性的基材，在不设想从太阳能电池模块10背面侧的受光的情况下，也可以使用不透明的基材。第2保护基材14的总透光率并没有特别的限定，也可以为0％。第2保护基材14也可以使用玻璃基材或者金属制基材，但为了谋求太阳能电池模块10的轻量化，优选使用树脂基材。
适用于第2保护基材14的树脂基材例如由选自环状聚烯烃、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)之中的至少1种构成。另外，第2保护基材14也可以由纤维强化塑料(FRP)构成。特别地，在要求耐冲击性以及轻量性的用途中，优选使用FRP。
作为优选的FRP，可以列举出玻璃纤维强化塑料(GFRP)、碳纤维强化塑料(CFRP)、芳族聚酰胺纤维强化塑料(AFRP)等。作为构成FRP的树脂成分，可以例示出聚酯、酚醛树脂、环氧树脂等。
第2保护基材14的厚度并没有特别的限定，但优选为5μm以上。另外，在第2保护基材14由FRP构成的情况下，第2保护基材14例如具有与1根纤维相当的厚度以上的厚度。考虑到太阳能电池单元11的保护、轻量性等，优选为0.1mm～10mm，更优选为0.2mm～5mm。第2保护基材14的厚度优选为与构成第1保护基材13的树脂基材的厚度同等，或者在其之上。
第2保护基材14的刚性优选比第1保护基材13的刚性更高。通过将树脂基材的刚性设定为第1保护基材13＜第2保护基材14，中性面(neutral plane)的位置向背面侧(第2保护基材14侧)偏移，从而可以使太阳能电池单元11比中性面更靠受光面侧。此外，在从太阳能电池模块10的受光面侧施加冲击力的情况下，压缩力作用于中性面的受光面侧，拉伸力作用于中性面的背面侧。太阳能电池单元11由于耐压缩力比拉伸力强，因而通过使太阳能电池单元11比中性面更靠受光面侧，便可以抑制因来自受光面侧的冲击而使太阳能电池单元11发生破损。
基材的刚性(N·m2)用弹性模量(GPa)×截面二次力矩(cm4)来表示。截面二次力矩(I)例如只要是板状截面形状，就可以用I＝宽度b(m)×厚度h(mm)3/12来表示。
第2保护基材14的拉伸弹性模量并没有特别的限定，但优选为5GPa～120GPa，且高于第1保护基材13的拉伸弹性模量。第2保护基材14的线膨胀系数例如为5～120(10-6/K)，优选为5～30(10-6/K)。另一方面，第1保护基材13的线膨胀系数例如为20～120(10-6/K)。第2保护基材14的线膨胀系数优选小于第1保护基材13的线膨胀系数。线膨胀系数根据JISK7197而进行测定。
密封层15如上所述，为设置在第1保护基材13和第2保护基材14之间并将各太阳能电池单元11密封的树脂层。密封层15紧贴于太阳能电池单元11而约束单元的移动，密封太阳能电池单元11而使其不会曝露于氧、水蒸气等中。在图2所例示的方式中，密封层15与各保护基材以及各太阳能电池单元11直接接触。太阳能电池模块10具有从受光面侧开始，由第1保护基材13、密封层15、太阳能电池单元11的串16、密封层15以及第2保护基材14依次层叠而成的层叠结构。此外，在本实施方式中，所有的太阳能电池单元11由密封层15进行密封，但也可以设计为例如至少1个太阳能电池单元11的一部分从密封层15突出的构成。
密封层15可以由设置在第1保护基材13和太阳能电池单元11之间的第1密封层15a、与设置在第2保护基材14和太阳能电池单元11之间的第2密封层15b构成。密封层15优选使用构成第1密封层15a的树脂基材、和构成第2密封层15b的树脂基材并采用后述的层叠工序来形成。第1密封层15a和第2密封层15b既可以使用相同的树脂基材，也可以使用不同的树脂基材。在各树脂基材的组成相同的情况下，各密封层的界面有时无法确认。
密封层15的线膨胀系数(α)为10～250(10-6/K)，且拉伸弹性模量(E)满足[式1]的条件。
[式1]140×exp(0.005α)MPa＜E
构成密封层15的第1密封层15a以及第2密封层15b也可以线膨胀系数(α)和拉伸弹性模量(E)相互不同，但两层的线膨胀系数(α)和拉伸弹性模量(E)需要满足上述条件。密封层15的拉伸弹性模量(E)与第1保护基材13的拉伸弹性模量同样，可以根据JIS K7161-1而求出。
布线材料12如上所述，宽度方向的截面积较小，与太阳能电池单元11牢固地接合在一起，因而如果在模块温度的变化等的作用下，密封层15产生伸缩而使单元间距离发生变化，则较大的应力作用在位于单元间的部分而有可能发生断裂。以前，一般认为如果使用拉伸弹性模量较高的密封层15，则密封层15产生伸缩时，对单元间施加较大的能量而使单元间距离的变化增大，从而布线材料12容易发生断裂。但是，本发明人进行了研究，结果判明：密封层15的拉伸弹性模量较高者反而使单元间距离的变化减小，可以降低作用于布线材料12的应力。而且对于密封层15的拉伸弹性模量，发现了规定为抑制布线材料12的断裂而应满足的下限值的式子E＝140×exp(0.005α)(参照后述的图5)。
与密封层15的拉伸弹性模量(E)有关的[式1]是通过使用图3所示的太阳能电池模块的模拟模型，采用有限元法求出后述的热负荷等条件下的单元间距离(d)的变化量(Δd)而导出的。如图3所示，本模拟模型所具有的结构是：在第1保护基材和第2保护基材之间，2片太阳能电池单元相隔规定的单元间距离(d)而配置在同一平面上，并通过填充于各保护基材之间的密封层而将各单元密封。
在本模拟中，根据太阳能电池模块的温度循环试验的实际值，将单元间距离的变化量(Δd)的阈值设定为60μm。温度循环试验是按照JIS C8990：2009(IEC 61215：2005)(用于地上设置的晶体硅太阳能电池(PV)模块-设计鉴定和型号核准的要求事项)而进行的试验。太阳能电池模块在单元间距离的变化量(Δd)大于60μm的情况下，布线材料12的断裂以较高的概率发生。
本模拟的分析条件如下所述。本模拟模型的第1保护基材、第2保护基材以及密封层的物性如表1所示。设想将聚碳酸酯适用于第1保护基材，将玻璃纤维强化环氧树脂适用于第2保护基材。
分析软件：Femtet(ムラタソフトウェア株式会社出品)
·应力分析中使用静态分析
·热载荷145℃(无应力温度)→25℃
·网格形状二维四面体单元(tetra secondary element)
·输出单元间距离(d)的变化量(Δd)(μm)
表1
第1保护基材 第2保护基材 密封层
厚度(mm) 1 3 0.6
线膨胀系数(10<sup>-6</sup>/K) 70 20 －
拉伸弹性模量(GPa) 2.3 20 －
图4以及图5是表示本模拟的结果的图。图4是表示使密封层的线膨胀系数(α)和拉伸弹性模量(E)变化时的单元间距离的变化量(Δd)的图。此外，在本模拟中，因温度的降低而使密封层收缩，从而单元间距离(d)减小，所以将变化量(Δd)用负值来表示。图5是表示密封层的线膨胀系数(α)和拉伸弹性模量(E)之间的关系的图，将布线材料12发生断裂的可能性较高的点用(×)来表示，将断裂的可能性较低的点用(○)来表示。所谓布线材料12发生断裂的可能性较高的点，是指变化量(Δd)超过上述阈值的点。
本模拟的结果如图4所示，已经判明在线膨胀系数(α)为相同的值的情况下，拉伸弹性模量(E)越是增大，单元间距离的变化量(Δd)越是减小。而且如图5所示，已经清楚以用E＝140×exp(0.005α)规定的曲线为界，如果密封层的拉伸弹性模量(E)在此以下，则单元间距离的变化量(Δd)超过阈值(60μm)，从而布线材料12的断裂容易发生。
换句话说，以用E＝140×exp(0.005α)规定的曲线为界，如果密封层的拉伸弹性模量(E)超过它(即满足[式1]的条件)，则单元间距离的变化量(Δd)受到抑制，从而布线材料12的断裂概率降低。此外，本模拟结果在线膨胀系数α为10～250(10-6/K)时高精度地成立。因此，通过使用线膨胀系数(α)为10～250(10-6/K)、且拉伸弹性模量(E)满足[式1]条件的密封层15，可以高度抑制布线材料12的断裂。
密封层15的拉伸弹性模量(E)的上限值从抑制布线材料12断裂的角度考虑，并没有特别的限定，但从密封层15在太阳能电池单元11上的制造时的单元开裂等的角度考虑，优选低于1000MPa。也就是说，密封层15的拉伸弹性模量(E)优选满足下述[式3]的条件。
[式3]140×exp(0.005α)MPa＜E＜1000MPa
适用于密封层15的树脂只要满足[式3]，就没有特别的限定，但由于在室外使用的太阳能电池模块要求耐候性，因而可以列举出聚烯烃、脂环族聚烯烃、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、离聚物、环氧树脂、脂环族环氧树脂等。
第1密封层15a的总透光率优选较高，例如为80％～100％、或者为85％～95％。另一方面，第2密封层15b的总透光率并没有特别的限定。在不设想从太阳能电池模块10背面侧的受光的情况下，第2密封层15b也可以含有白色颜料、黑色颜料等色材，总透光率也可以为0％。
密封层15的厚度(第1密封层15a以及第2密封层15b的厚度的合计)并没有特别的限定，但考虑到太阳能电池单元11的密封性、透光性等，优选为0.5mm～5mm，更优选为0.5mm～2mm。如图2所示，第1密封层15a以及第2密封层15b的厚度也可以相互大致相同。在此情况下，第1密封层15a以及第2密封层15b的厚度的一个例子分别为0.3mm～1.5mm或者0.3mm～1mm。
在此，所谓密封层15的厚度，是指密封层15从第1保护基材13侧的表面(界面)至第2保护基材14侧的表面(界面)沿着太阳能电池模块10的厚度方向的最大长度。关于第1密封层15a以及第2密封层15b的厚度也同样。在各保护基材之间仅存在密封层15和串16的情况下，保护基材彼此之间的间隔与密封层15的厚度一致。
如图6所示，第2密封层15b的厚度t15b也可以比第1密封层15a的厚度t15a薄。也就是说，密封层15在第2保护基材14和太阳能电池单元11之间的厚度也可以比在第1保护基材13和太阳能电池单元11之间的厚度薄。通过将密封层15的厚度设定为厚度t15b＜厚度t15a，便可以使太阳能电池单元11靠近刚性高且线膨胀系数小的第2保护基材14，从而可以使作用于太阳能电池单元11以及布线材料12的应力降低。在此情况下，优选的第1密封层15a的厚度t15a的一个例子为0.5mm～2mm。第2密封层15b的厚度t15b在不对太阳能电池单元11的密封性等产生影响的范围内优选较薄，也可以比布线材料12的厚度薄。优选的厚度t15b的一个例子为0.05mm～0.5mm。
如图7所示，在第2保护基材14上，也可以在与配置于太阳能电池单元11背面侧的布线材料12于太阳能电池模块10的厚度方向重叠的位置形成凹部19。由于布线材料12与太阳能电池单元11的背面接合在一起，因而如果第2保护基材14朝向太阳能电池单元11侧的面平坦，则难以使第2保护基材14靠近太阳能电池单元11，但通过设置凹部19，便可以缓和布线材料12厚度的影响。也就是说，通过设置凹部19，可以进一步减薄第2密封层15b的厚度t15b，从而使第2保护基材14靠近太阳能电池单元11。
凹部19优选与接合在各太阳能电池单元11背面的各布线材料12相对应而形成多个。凹部19沿着串16的长度方向而形成，也可以以超过串16全长的长度形成。凹部19的深度即使比与布线材料12的厚度相当的深度浅，也可以得到上述的效果，但优选等同于与布线材料12的厚度相当的深度，或者在其之上。优选的凹部19的深度的一个例子为0.1mm～0.5mm。另外，凹部19的宽度也可以比布线材料12的宽度窄，但优选比布线材料12的宽度宽，从而可以允许布线材料12和凹部19有某种程度的位置偏移。优选的凹部19的宽度的一个例子为0.3mm～5mm。
具有上述构成的太阳能电池模块10可以通过使用第1保护基材13、第2保护基材14、构成第1密封层15a的树脂基材以及构成第2密封层15b的树脂基材，将太阳能电池单元11的串16进行层叠而加以制造。在层叠工序中，在加热器上将第1保护基材13、构成第1密封层15a的树脂基材、串16、构成第2密封层15b的树脂基材、第2保护基材14依次进行层叠。该层叠体例如在真空状态下被加热至150℃左右。此时，构成第1密封层15a以及第2密封层15b的树脂基材发生熔融或者软化而紧贴于串16以及各保护基材，从而得到具有图2所示的截面结构的太阳能电池模块10。然后，也可以根据需要，安装接线盒、框架等。
此外，上述的实施方式正如图8和图9所例示的那样，也可以在第1保护基材13和密封层15之间设置追加的层而进行改良。图8和图9是与图2相对应的太阳能电池模块的剖视图。下面对与上述的实施方式同样的构成要素使用相同的符号而将重复的说明予以省略，主要就与上述实施方式的不同点进行说明。此外，有选择性地组合本说明书中说明的多个实施方式以及变形例的各构成要素是当初就可以想见的。
图8所例示的太阳能电池模块10A对于在第1保护基材13和密封层15之间具有剪切弹性模量为0.1MPa以下的缓冲层20这一点，与太阳能电池模块10不同。缓冲层20所具有的功能是：使因第1保护基材13的热膨胀、由下落物的碰撞引起的第1保护基材13的变形等而施加给太阳能电池单元11的载荷得以缓和，从而抑制太阳能电池单元11的损伤。另外，通过设置缓冲层20，可以降低作用于布线材料12的应力而进一步抑制布线材料12的断裂。
太阳能电池模块10A具有从受光面侧开始依次层叠有第1保护基材13、缓冲层20以及密封层15的结构，而各层的配置并不局限于此。例如，也可以设定为用密封层15夹持缓冲层20的层叠结构。
缓冲层20优选由透明且柔软性高的树脂构成。缓冲层20既可以由凝胶状树脂构成，也可以由含有水的水凝胶、或者含有有机溶剂的有机凝胶构成。缓冲层20例如可以使用选自丙烯酸凝胶、聚氨酯凝胶以及有机硅凝胶之中的至少1种来构成。其中，优选使用耐久性优良的有机硅凝胶。
缓冲层20的总透光率优选较高，例如为80％～100％、或者为85％～95％。缓冲层20的厚度并没有特别的限定，但考虑到太阳能电池单元11的保护、光透射性等，优选为0.1mm～10mm，更优选为0.2mm～1.0mm。
缓冲层20的剪切弹性模量如上所述，为0.1MPa以下，优选为0.001MPa～0.1MPa。只要缓冲层20的剪切弹性模量在该范围内，就可以确保太阳能电池模块10所要求的机械强度、制造特性等，而且可以得到上述的应力缓和效果。剪切弹性模量可以使用流变仪进行测定。
图9所例示的太阳能电池模块10B对于在第1保护基材13和密封层15之间具有线膨胀系数为0～150(10-6/K)的增强层30这一点，与太阳能电池模块10不同。再者，太阳能电池模块10B还具有氧透过率为200cm3/m2·24h·atm以下的气体阻挡层40。太阳能电池模块10B所具有的结构是：从受光面侧开始依次层叠有第1保护基材13、缓冲层20、气体阻挡层40、增强层30以及密封层15，串16经由密封层15而被增强层30和第2保护基材14所夹持。
增强层30与第2保护基材14同样，具有抑制密封层15的伸缩而使作用于布线材料12的应力得以降低的功能。增强层30的线膨胀系数如上所述，为0ppm～150ppm，优选为0ppm～30ppm。增强层30也可以具有与第2保护基材14同等的线膨胀系数和拉伸弹性模量。
增强层30优选由透明的树脂基材构成。适用于增强层30的树脂基材也可以由与构成第1保护基材13的树脂同样的树脂构成。增强层30例如可以使用单轴或者双轴拉伸而成的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材。
增强层30的总透光率优选较高，例如为80％～100％、或者为85％～95％。增强层30的厚度并没有特别的限定，但考虑到布线材料12的断裂抑制、光透射性等，优选为10μm～200μm。
气体阻挡层40是氧透过率比第1保护基材13低的层，具有抑制透过第1保护基材13的氧作用于太阳能电池单元11的功能。此外，气体阻挡层40不仅对氧，还具有对水蒸气等的隔绝功能。第1保护基材13使用树脂基材的情况与使用玻璃基材的情况相比，氧透过量增多，但通过设置气体阻挡层40，可以减少源自第1保护基材13侧的氧透过量。在图9所示的例子中，在增强层30朝向第1保护基材13侧的面上形成有气体阻挡层40，但气体阻挡层40的配置并不局限于此，例如也可以在第1保护基材13朝向太阳能电池单元11侧的面上形成气体阻挡层40。
气体阻挡层40优选由氧化硅(二氧化硅)、氧化铝(alumina)等无机化合物构成，也可以是能够实现200cm3/m2·24h·atm以下的氧透过率的树脂层。优选的气体阻挡层40的一个例子是在增强层30的表面形成的二氧化硅等的蒸镀层。另外，二氧化硅等的蒸镀层也可以在第1保护基材13朝向太阳能电池单元11侧的面上形成。气体阻挡层的氧透过率根据JISK7126而进行测定。
气体阻挡层40的总透光率优选较高，例如为80％～100％、或者为85％～95％。气体阻挡层40的厚度并没有特别的限定，但考虑到气体阻挡性、光透射性等，优选为0.1μm～10μm。
此外，还可以追加除缓冲层20、增强层30以及气体阻挡层40以外的其它功能层。例如，既可以在第2保护基材14上形成透明的气体阻挡层，也可以形成以铝等为主要成分的金属层。该金属层具有氧、水蒸气等的屏蔽功能，而且也作为使透过太阳能电池单元11或者单元间的光再次回到太阳能电池单元11侧的反射层发挥作用。
正如图10～图12所例示的那样，密封层15也可以含有纵横尺寸比大于1的填料50。密封层15相对于层的体积，优选含有1～30vol％的填料50。填料50的含量更优选为1～10vol％，特别优选为1～5vol％。在优选的填料50中，弹性模量为3GPa以上，线膨胀系数为20ppm以下。通过在密封层15中添加这样的填料50，特别地可以谋求密封层15在填料50的长度方向上的低热膨胀化，从而能够减小单元间距离的变化。
优选的填料50是纵横尺寸比大的长纤维填料。填料50的纵横尺寸比优选为2以上，更优选为5以上，特别优选为10以上。纵横尺寸比的平均值例如为10～1000。填料50的纵横尺寸比通过将填料50的纤维长度除以纤维直径而算出，其平均值对从密封层15中任意选择的100个填料50进行计算。填料50的纤维长度以及纤维直径通过使用光学显微镜的密封层15的观察而求出。
填料50在密封层15中分散多个，并在密封层15的面方向(与厚度方向正交的方向)取向。也就是说，填料50以纤维的长度方向比密封层15的厚度方向更加沿着面方向的状态存在于密封层15中。填料50的至少1个优选为纤维长度比密封层15的厚度更长。通过使填料50的纤维长度比密封层15的厚度更长，纤维的长度方向便容易在密封层15的面方向取向。填料50也可以在串16的长度方向取向，纤维的长度方向沿着串16的长度方向。在此情况下，布线材料12的断裂抑制效果得以提高。例如，通过对含有填料50的树脂基材进行单轴拉伸，便可以使填料50的取向方向对齐。
填料50的平均纤维长度优选为比密封层15的厚度更长。平均纤维长度如上所述，可以通过对从密封层15中任意选择的100个填料50的纤维长度进行测定，并使该测定值平均化而算出。在密封层15由第1密封层15a和第2密封层15b构成、且各层含有填料50的情况下，例如第1密封层15a中含有的填料50的至少1个优选为其平均纤维长度比第1密封层15a的厚度更长。同样，第2密封层15b中含有的填料50的至少1个优选为其平均纤维长度比第2密封层15b的厚度更长。
作为填料50的一个例子，可以列举出玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、石棉、陶瓷纤维、矿渣纤维、钛酸钾晶须、硼晶须、硼酸铝晶须、碳酸钙晶须、氧化钛晶须等。另外，填料50也可以是纤维素纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、聚乙烯纤维等树脂纤维。其中，优选的是弹性模量为3GPa以上，线膨胀系数为20ppm以下，更优选的是弹性模量为10GPa以上，线膨胀系数为10ppm以下。
另外，填料50优选具有绝缘性。优选的填料50的一个例子为玻璃纤维，特别优选为平均纤维长度比密封层15的厚度更长的玻璃纤维。玻璃纤维例如其弹性模量为50GPa以上，线膨胀系数为10ppm以下。通过将玻璃纤维适用于填料50，便可以实现密封层15的大幅度的低热膨胀化，但因玻璃中含有的Na的扩散而有可能引起电势诱导衰减(PID：Potential-Induced Degradation)。在使用玻璃纤维的情况下，密封层15优选由PE、PP、环状聚烯烃等聚烯烃系树脂构成。通过使用聚烯烃系树脂，可以抑制Na的扩散。
如图13所示，例如使用Plastomill等搅拌机，在构成密封层15的树脂即乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(三井デュポン公司生产的エバフレックス450)中，例如分别分散1vol％、5vol％、10vol％的玻璃纤维(セントラル硝子公司生产的ECS06-670)，采用压力机等使其片材化，从而以低α制作出高弹性的密封层15。
正如图10所例示的那样，填料50优选至少在第2密封层15b中含有，也可以在第1密封层15a以及第2密封层15b两者中含有。在此情况下，为了抑制第1密封层15a中的填料50的光扩散，优选将构成第1密封层15a的树脂和填料50的折射率调整为同等程度。在图10所例示的方式中，也可以使分散于第1密封层15a中的填料50的量比分散于第2密封层15b中的填料50的量少。
正如图11所例示的那样，填料50也可以仅在第2密封层15b中含有。在此情况下，从受光面侧向太阳能电池单元11入射的光不会起因于填料50的扩散而减少，因而可以一面维持良好的发电效率，一面减小单元间距离的变化。在第1密封层15a以及第2密封层15b的界面存在的太阳能电池单元11彼此之间的间隙，也能够以不会向太阳能电池单元11的受光面侧突出的方式存在玻璃纤维等填料50。通过在相邻的太阳能电池单元11彼此之间的间隙存在填料50，便容易抑制单元间距离的变化。
正如图12所例示的那样，填料50也可以在与太阳能电池单元11彼此之间的间隙于模块的厚度方向重叠的范围，存在于比太阳能电池单元11更靠第1保护基材13侧。此外，在覆盖太阳能电池单元11的受光面的第1密封层15a中不含有填料50。在此情况下，例如对于从受光面侧向太阳能电池单元11入射的光量几乎不会产生影响，可以谋求太阳能电池单元11彼此之间的间隙的密封层的进一步低热膨胀化。在图12所例示的方式中，在与该间隙在模块的厚度方向重叠的范围，设置含有填料50的第3密封层15c。另外，第2密封层15b也含有填料50。
在图12所示的例子中，第3密封层15c在与太阳能电池单元11彼此之间的间隙于模块的厚度方向重叠的范围，被配置为将第1密封层15a分离成2个区域。而且第3密封层15c与第1保护基材13直接接触。另一方面，也可以在太阳能电池单元11彼此之间的间隙配置第3密封层15c，然后在第3密封层15c以及太阳能电池单元11、与第1保护基材13之间配置由1片树脂基材构成的第1密封层15a。在此情况下，第1密封层15a介于第3密封层15c与第1保护基材13之间。
此外，第1保护基材13也可以使用透光性的玻璃基材。使用树脂基材时虽然效果显著，但即便在使用玻璃基材的构成中，也具有抑制布线材料12的断裂的效果。
符号说明：
10、10A、10B 太阳能电池模块
11 太阳能电池单元
12、12a 布线材料
13 第1保护基材
14 第2保护基材
15 密封层
15a 第1密封层
15b 第2密封层
15c 第3密封层
16 串
17、18 桥接布线材料
19 凹部
20 缓冲层
30 增强层
40 气体阻挡层
50 填料

Claims (14)

1.一种太阳能电池模块，其具有：
多个太阳能电池单元；
布线材料，其将相邻的所述太阳能电池单元彼此之间连接；
第1保护基材，其设置在所述各太阳能电池单元的受光面侧；
第2保护基材，其设置在所述各太阳能电池单元的背面侧；以及
密封层，其设置在所述第1保护基材和所述第2保护基材之间，并将所述太阳能电池单元密封；其中，
所述第1保护基材为树脂基材；
关于所述密封层，其线膨胀系数α为10～250(10-6/K)，且拉伸弹性模量E满足[式1]的条件；
[式1]140×exp(0.005α)MPa＜E。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中，
所述第2保护基材的刚性比所述第1保护基材的刚性更高；
所述第2保护基材的线膨胀系数为5～30(10-6/K)。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中，所述密封层在所述第2保护基材和所述太阳能电池单元之间的厚度比在所述第1保护基材和所述太阳能电池单元之间的厚度薄。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池模块，其中，所述第2保护基材在与配置于所述太阳能电池单元的背面侧的所述布线材料于模块的厚度方向重叠的位置形成有凹部。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的太阳能电池模块，其中，在所述第1保护基材和所述密封层之间，进一步具有剪切弹性模量为0.1MPa以下的缓冲层。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的太阳能电池模块，其中，
在所述第1保护基材和所述密封层之间，进一步具有线膨胀系数为0～150(10-6/K)的增强层；
所述增强层的厚度为10μm～200μm，总透光率为80％以上。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的太阳能电池模块，其中，在所述第1保护基材和所述密封层之间，进一步具有氧透过率为200cm3/m2·24h·atm以下的气体阻挡层。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的太阳能电池模块，其中，所述密封层的拉伸弹性模量E低于1000MPa。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的太阳能电池模块，其中，
所述密封层含有1～30vol％的纵横尺寸比大于1的填料；
所述填料的弹性模量为3GPa以上，线膨胀系数为20ppm以下。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池模块，其中，
所述密封层由设置在所述第1保护基材和所述太阳能电池单元之间的第1密封层、与设置在所述第2保护基材和所述太阳能电池单元之间的第2密封层构成；
所述填料含在所述第2密封层中。
11.根据权利要求9或10所述的太阳能电池模块，其中，所述填料的至少1个的长度比所述密封层的厚度长。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的太阳能电池模块，其中，
所述填料为玻璃纤维；
所述密封层由聚烯烃系树脂构成。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的太阳能电池模块，其中，所述填料在与相邻的所述太阳能电池单元彼此之间的间隙于模块的厚度方向重叠的范围，存在于比所述太阳能电池单元更靠所述第1保护基材侧。
14.一种太阳能电池模块，其具有：
多个太阳能电池单元；
布线材料，其将相邻的所述太阳能电池单元彼此之间连接；
第1保护基材，其设置在所述各太阳能电池单元的受光面侧；
第2保护基材，其设置在所述各太阳能电池单元的背面侧；以及
密封层，其设置在所述第1保护基材和所述第2保护基材之间，并将所述太阳能电池单元密封；其中，
关于所述密封层，其线膨胀系数α为10～250(10-6/K)，且拉伸弹性模量E满足[式1]的条件；
[式1]140×exp(0.005α)MPa＜E。
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