JP2000252510A

JP2000252510A - 太陽電池モジュール及びその製造方法、施工方法並びに太陽光発電システム

Info

Publication number: JP2000252510A
Application number: JP11372927A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takada; 健司高田; Masahiro Mori; 昌宏森; Ayako Komori; 綾子小森; Masaaki Matsushita; 正明松下; Meiji Takabayashi; 明治高林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光起電力素子の半導体光活性層に発生するク
ラックをできるだけ抑えた変形加工、即ち電気的特性に
影響のない変形加工がなされた太陽電池モジュール及び
その製造方法を提供する。【解決手段】可撓性基板上に少なくとも半導体光活性
層を有する光起電力素子の表面側に表面部材を配置する
と共に、裏面側に裏面部材を配置し、それらの間に封止
材を介在させた太陽電池モジュールにおいて、前記光起
電力素子の可撓性基板が、その半導体光活性層側の表面
に複数の略平行の表面溝を有しており、この表面溝と略
平行方向の歪みが前記光起電力素子に加わる方向に、前
記太陽電池モジュールの少なくとも一部が変形加工され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低コストで信頼性
の高い太陽電池モジュール及びその製造方法、施工方法
並びに太陽光発電システムに関し、特に電気的特性に影
響のない変形加工がなされた意匠性に優れた屋根材一体
型太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球環境間題が深刻化するなかで、太陽
光エネルギーは火力発電、原子力発電などの有害な副産
物を生成しないクリーンエネルギーとして近年、非常に
注目されるようになった。また限りある地球上の資源に
対し、枯渇することのない無限エネルギーとしても太陽
光エネルギーの有効活用が望まれている。

【０００３】また一方で火力発電や原子力発電のような
１元型エネルギーシステムでは震災等の災害がおきた場
合、エネルギー供給が断絶したり、またその復旧に非常
に時間がかかったりといった問題がある。太陽光エネル
ギーは晴れている地域であればエネルギーとしていつで
も利用できることから、分散型の独立エネルギー源とし
ての利用価値が高い。

【０００４】これらのニーズから住宅屋根上で使用でき
る太陽電池モジュールの開発が促進され、現在は太陽光
発電システムの施工や運用にあたっての制度も整ってき
た。

【０００５】太陽光発電システムは、その電力源として
複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池アレイが
必要となる。一般住宅用としては３ｋＷの太陽光発電シ
ステムが標準であり、その場合は南面の屋根の大部分を
太陽電池アレイが占める。

【０００６】太陽電池アレイを住宅屋根上に設置する構
造としては、架台設置型構造と屋根材一体型構造の２種
類に大別される。それぞれについて以下に説明する。

【０００７】架台設置型構造とは、屋根上に架台を設置
して、その上に太陽電池パネルを並べた構造になってい
る。そのため、既存の屋根に太陽電池アレイを後から設
置できるという利点がある。しかしながら屋根全体の重
量が重くなり、住宅の耐震性を低下させるし、また架台
や太陽電池パネルの設置コストがかかる。

【０００８】屋根材一体型構造は、屋根材一体型太陽電
池モジュールから構成されている。屋根材一体型太陽電
池モジュールは、従来の屋根材に太陽電池が一体的にモ
ジュール化されているため、通常の屋根との互換性に優
れている。例えば、施工に関しても、従来の屋根材と同
じ工法で行え、また屋根材を固定するために必要な吊り
子等の備品もそのまま用いる事ができる。また架台も必
要無く、ただ屋根を葺くだけで太陽電池アレイが得られ
ることから、屋根材一体型構造は非常に設置コストが安
い。しかも屋根重量も架台設置型構造に比べると遥かに
軽量であり、耐震性にも優れる。また屋根材と一体化し
ているため、屋根デザインとも融合し、美観性にも優れ
るという利点がある。

【０００９】上記のように屋根材一体型太陽電池モジュ
ールはその利点が多く、本発明者らは実用化にむけて、
研究開発を行っている。

【００１０】特開平７−３０２９２４号公報に屋根材一
体型太陽電池モジュールの記載がある。屋根一体型太陽
電池モジュールはその製造方法においても、平板状の太
陽電池モジュールを従来の屋根材用のローラーフォーマ
ー成形機等で加工する事ができ、新しい設備投資も必要
なく低コストで製造できる。この特開平７−３０２９２
４号公報に記載の太陽電池モジュールは、屋根材と同様
に加工することができるような構成とするため、フレキ
シブルなアモルファスシリコン半導体を従来から屋根材
として使用している鋼板上に、樹脂で絶縁封止した構成
となっている。屋根材としてのデザインは、横葺き屋根
材であり光起電力素子を平坦部に配置しており、光起電
力素子には歪みがかからない構造になっている。

【００１１】上記のような、屋根材一体型太陽電池モジ
ュールについて図を用いて説明する。図１０は代表的な
屋根材一体型太陽電池モジュールの斜視図と断面図であ
る。図１０において、１００１は表面部材、１００２は
封止材、１００３は光起電力素子あるいは光起電力素子
群、１００４は裏面絶縁材、１００５は裏面部材であ
る。

【００１２】より具体的には、表面部材１００１は例え
ばＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合
体）フィルムであり、封止材１００２は例えばＥＶＡ
（エチレン−酢酸ビニル共重合体）である。受光面側の
封止材１００２は外部からの引っ掻きを考慮して、表面
保護強化材が含浸されている（不図示）。表面保護強化
材としては具体的には、例えばガラス不織布が用いられ
る。光起電力素子１００３は例えばアモルファスシリコ
ン半導体素子、また裏面絶縁材１００４は、例えばＰＥ
Ｔ（ポリエステル）フィルムである。裏面部材１００５
としては、例えば塗装亜鉛鋼板が用いられる。

【００１３】各構成材料は、何れも加工性のある材料を
使用しており、裏面部材である塗装亜鉛鋼板を塑性変形
させることで、屋根材として好適な形状に加工してい
る。光起電力素子部分も加工することが可能であるが、
横葺きの屋根材のデザイン上、平坦になっている。

【００１４】しかしながら、最近は、個々のオリジナル
性を重視する傾向にあり、これは建材や太陽電池モジュ
ールにおいても例外ではない。さまざまなニーズに答え
た多種多様な形状をもった太陽電池あるいは建材を作成
していくためには、特開平７−３０２９２４号公報に記
述されているように、光起電力素子上を常に平坦に保つ
のではなく、光起電力素子を含むすべての領域を加工す
ることが可能な、意匠性に優れた太陽電池モジュールが
必要である。

【００１５】これに対応する例として、特公平６−５７
６９に波形の太陽電池モジュールが記載されている。波
形にする主目的は、光利用効率をよくするためである。
その製造方法は、最初に、可撓性のある太陽電池モジュ
ールを作成し、次に、波形である鋼板に接着剤で貼り付
ける手順となっている。

【００１６】しかしながら、前記特公平６−５７６９に
記載されている波形の太陽電池モジュールは、光起電力
素子が波形に配置されてはいるが、その時に光起電力素
子にかかる具体的なストレス、及びその電気特性への影
響、及びその信頼性については、考慮されていない。し
かも前記波形の太陽電池モジュールの製造方法によれ
ば、従来からの屋根材成形機で加工できないため、屋根
材一体型太陽電池モジュールに期待されている低コスト
化を十分に達成できているとまではいえない。

【００１７】一方、アモルファスシリコン半導体を変形
させた時の特性についての報告もされている。例えば、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５４（１７）、１９８
９、ｐ．１６７８−１６８０、”Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅ
ｄａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｌａｙｅｒ
ｏｎｐｏｌｙｍｅｒｆｉｌｍｓｕｂｓｔｒａｔ
ｅｕｎｄｅｒｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓ”で
は、ＰＥＴ基板（１００μｍ厚）上にアモルファスシリ
コン単層（０．５μｍ厚、主にＩ−ｔｙｐｅアモルファ
スシリコン）を積層した後にそのアモルファスシリコン
層を引張った場合の、アモルファスシリコン層の暗状態
での抵抗の変化について報告されている。この報告の詳
細は以下のような内容である。

【００１８】『アモルファスシリコン層を引張ると７０
００μεまでは、ピエゾ効果で徐々に抵抗は高くなり
（可逆的）、７０００μεからは、弱いＳｉ−Ｓｉ結合
が切断されるため、急に抵抗があがる（不可逆的）。た
だし、７０００με以上歪ませたことにより抵抗があが
ったアモルファスシリコン層も１５０℃／１時間のアニ
ールによりもとにもどる。』また、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６６（１）、１９８
９、ｐ．３０８−３１１、”Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｅ
ｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒａｉｎｏｎＥｌｅｃｔｒ
ｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈ
ｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄａｍｏｒｐｈｏｕｓｓｉｌ
ｉｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ”では、ｐｉｎ接合をもつ
アモルファスシリコンのピエゾ効果について報告されて
いる。この報告は以下のような内容である。

【００１９】『ｐｉｎ接合をもつアモルファスシリコン
について、ｐｉｎ接合と平行に歪ませたとき、７５００
μεの引張り応力下では、順方向および逆方向ともに電
流は８％減少する（暗状態）。また７５００μεの圧縮
応力下で電流は８％増加する。』

【００２０】しかしながら、いずれにも光起電力素子を
歪ませた状態で使用した場合の記載や、その加工方法、
さらに、その信頼性に関する記載はない。

【００２１】また特開平９−１７７２７４号公報では、
具体的に可撓性光起電力素子を曲げる時の方法について
述べられている。集電電極の長手方向と平行に曲がらな
い様に曲げ規制部材を設けることで、剛性の高い集電電
極が曲面に追従できず透明電極層から剥離するという現
象を防止している。

【００２２】しかしながら同公報には、単に曲げた時に
剛性の高い集電電極が透明電極層からの剥離することを
防止する点についての記述しかなく、曲げた時の半導体
光活性層や透明電極層の状態に関する記述はない。ま
た、実際の光起電力素子の加工では曲がらずに、平坦に
引き伸ばされている場合もあり、その時の光起電力素子
の変形に対する信頼性、また曲げによる光起電力素子の
半導体光活性層や透明電極層への影響は考慮されていな
い。

【００２３】また特開平４−２６６０６９号公報では、
具体的に可撓性光起電力素子を曲げる方法について述べ
られている。表面にある決められた凹凸をもった光起電
力素子を６％以下の伸び変形で加工することで電気特性
の低下のない信頼性のある太陽電池モジュールを得てい
る。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来、
光起電力素子が歪みを受けている太陽電池モジュールの
例はあるが、その加工方法に関する記載や、その歪みに
よる光起電力素子の信頼性に関する記述は少ない。この
ため、平板の太陽電池モジュールを単純に成形機で加工
して得られる低コストな屋根材一体型太陽電池モジュー
ルは実用化できていないのが現状である。

【００２５】そこで、本発明者等は光起電力素子部分で
加工した太陽電池モジュールの開発を新規に行ってい
る。そこでの目標は、光起電力素子の有無、つまり内部
に光起電力素子が存在する領域であるかどうかにかかわ
らず、自由な領域で、かつ、従来からの屋根材形成機
で、変形加工することができる太陽電池モジュールを得
ること、それにより意匠性の高い屋根材一体型太陽電池
モジュールを低コストで提供することにある。

【００２６】上記目標を実現するには、平板の太陽電池
モジュールを加工した場合の、太陽電池モジュールの信
頼性を確保することが不可欠であるが、その信頼性は太
陽電池モジュールを加工する際に発生する歪みに大きく
依存する。

【００２７】なかでも本発明において重要な歪みとは、
太陽電池モジュール内の光起電力素子にかかわる歪みで
ある。光起電力素子の歪みは外観上は、例えば平坦で問
題がないように見えても、太陽電池モジュールの電気特
性、及び信頼性に影響する。

【００２８】特開平４−２６６０６９号公報では、凹凸
の形状と歪みによる光起電力素子の電気特性の関係が述
べられているが、本発明では更に、凸凹形状の方向と歪
みの方向との関係を明確にして、加工された光起電力素
子のより高い信頼性を確保することを目的としている。

【００２９】図１１は代表的な光起電力素子の平面図と
断面図である。

【００３０】この光起電力素子１１０６は、可撓性基板
１１０１上に、半導体光活性層１１０２、透明導電層１
１０３が形成され、更に透明電極層１１０３上には集電
電極１１０４及びバスバー電極１１０５が形成された構
成となっている。

【００３１】光起電力素子１１０６が光を受けると、電
気は半導体光活性層１１０２から、可撓性基板１１０１
と透明電極層１１０３を両極として発生する。この場
合、可撓性基板１１０１は導電性基板である。透明電極
層１１０３側の電気は集電電極１１０４に集められ、さ
らにバスバー電極１１０５に集約されてから外部に取り
出される。透明電極層１１０３側は光を半導体光活性層
１１０２に多く取り入れるため、集電電極１１０４、バ
スバー電極１１０５を小型化する等、なるべく影になる
面積を小さくする工夫がされている。

【００３２】上記のような代表的な光起電力素子に、歪
みを加えた場合の信頼性に関して述べる。

【００３３】この場合、光起電力素子は曲面になる場合
もあるし、平坦のままである場合もあるが、いずれも引
っ張り方向の歪みが加わることにより各構成部材が伸び
変形する。歪みが小さくて各構成部材のクラック発生臨
界値以下であれば、各構成部材は伸びてその変形に追従
できる。しかしながら歪みが大きくなり、各構成部材が
クラック発生臨界値を超えて変形した場合はクラックが
発生する。

【００３４】可撓性基板は可撓性を有しているため、あ
る程度の大きな歪みが加わっても変形に追従できるが、
半導体光活性層及び透明電極層はクラック発生臨界値が
比較的小さく、それより大きな歪みを受けるとクラック
が発生する。透明電極層に発生するクラックは、大きな
影響はないが、半導体光活性層にクラックが発生した場
合、そのクラックに導電材が侵入すると光起電力素子の
可撓性基板と透明電極層が短絡し、光起電力素子の電気
特性が低下する。例えば集電電極は、一般的に導電性の
良い材料を使用しており、その集電電極の下でクラック
が発生すると短絡が発生する可能性が大きい。

【００３５】次に光起電力素子の電気特性を表す要素で
あるＦ．Ｆ．（フィルファクター）について説明する。

【００３６】Ｆ．Ｆ．＝最大電力Ｐｍ／（短絡電流Ｉｓ
ｃ×開放電圧Ｖｏｃ）で表される。すなわち、物理的な
意味としては、電圧だけを最大限に取り出した場合の値
であるＶｏｃと電流だけ最大限に引き出した場合の値で
あるＩｓｃとの積に対する実際に取り出せる最大電力Ｐ
ｍの割合を示す値である。実際のＦ．Ｆ．の値はｐｎ接
合の順方向特性によって決まるので、使用する光活性層
に含まれる欠陥やｐｎ接合作製時あるいはその後の製造
工程で発生する欠陥を通して漏れ電流が流れると、Ｆ．
Ｆ．が低くなり、本来出せるはずの出力を低下させるこ
とになる。即ち、半導体光活性層に発生するクラックが
増加すると、Ｆ．Ｆ．が低下する。

【００３７】このように、歪みを受けた光起電力素子の
信頼性は、その半導体光活性層に発生するクラックに大
きく依存する。

【００３８】そこで、本発明の目的は、平板の太陽電池
モジュールを変形加工した場合の太陽電池モジュールの
信頼性の向上を実現するために、光起電力素子の半導体
光活性層に発生するクラックをできるだけ抑えた変形加
工、即ち電気的特性に影響のない変形加工がなされた太
陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００３９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。

【００４０】本発明の太陽電池モジュールは、可撓性基
板上に少なくとも半導体光活性層を有する光起電力素子
の表面側に表面部材を配置すると共に、裏面側に裏面部
材を配置し、それらの間に封止材を介在させた太陽電池
モジュールにおいて、前記可撓性基板が、その半導体光
活性層側の表面に複数の略平行の表面溝を有しており、
この表面溝と略平行方向の歪みが前記光起電力素子に加
わる方向に、前記太陽電池モジュールの少なくとも一部
が変形加工されている構成としたものである。

【００４１】また、本発明による太陽電池モジュールの
製造方法は、可撓性基板上に少なくとも半導体光活性層
を有する光起電力素子の表面側に表面部材を配置すると
共に、裏面側に裏面部材を配置し、それらの間に封止材
を介在させた太陽電池モジュールの製造方法において、
前記可撓性基板の半導体光活性層側の表面に複数の略平
行の表面溝を発生させる工程と、この表面溝と略平行方
向の歪みが前記光起電力素子に加わる方向に、前記太陽
電池モジュールの少なくとも一部を変形加工する工程と
を含むものである。

【００４２】本発明においては、表面溝と略平行方向に
歪みが加わる方向に太陽電池モジュールを変形している
ので、直角方向に歪みを加えた場合に較べ、太陽電池モ
ジュール内の光起電力素子の可撓性基板において、表面
溝による歪みの局部集中が少なくなり、結果として半導
体光活性層のクラックの発生が少なくなる。

【００４３】本発明は更に以下の形態とすることで、そ
の効果を増すことができる。

【００４４】前記歪みは引っ張り方向の歪みであるこ
と。

【００４５】前記歪みは、前記半導体光活性層のクラッ
ク発生臨界値以上であること。

【００４６】前記可撓性基板が導電性基板であること。

【００４７】前記導電性基板がステンレス鋼であるこ
と。

【００４８】前記表面溝は前記可撓性基板の製造工程に
おける圧延工程で発生すること。

【００４９】前記圧延工程は冷間圧延工程であること。

【００５０】前記半導体光活性層はアモルファスシリコ
ン系半導体であること。

【００５１】前記裏面部材が金属板からなること。

【００５２】前記表面部材が透明樹脂フィルムからなる
こと。

【００５３】前記封止材が有機高分子樹脂からなるこ
と。

【００５４】光起電力素子の裏面側に絶縁材を有し、該
絶縁材が透明樹脂フィルムからなること。

【００５５】前記太陽電池モジュールが、建材一体型太
陽電池モジュールであること。具体的には、前記太陽電
池モジュールが、前記変形加工により建材としての形状
に曲げ加工され、建材一体型太陽電池モジュールとして
構成されていること。

【００５６】前記太陽電池モジュールを、固定部材を用
いて設置面に固定することを特徴とする太陽電池モジュ
ールの施工方法。

【００５７】前記太陽電池モジュールと、該太陽電池モ
ジュールに接続された電力変換装置とを有することを特
徴とする太陽光発電システム。

【００５８】上記手段により得られる作用について以下
に説明する。

【００５９】本発明によれば、少なくとも可撓性基板を
有する光起電力素子からなる太陽電池モジュールにおい
て、該可撓性基板の該光起電力素子側の表面に複数の略
平行の表面溝を有し、該光起電力素子の少なくとも一部
は加工による該表面溝と略平行方向の歪みを有すること
により、光起電力素子の可撓性基板の表面溝による歪み
の局部集中が少なくなり、結果として半導体光活性層の
クラック発生が少なくなる。

【００６０】図を用いて、更に詳細に説明する。

【００６１】図１２（ａ）は代表的な光起電力素子の平
面図、また図１２（ｂ）はその可撓性基板の表面溝に垂
直方向に切断した断面図である。図１２（ａ）（ｂ）に
示す光起電力素子１２０９において、１２０１は可撓性
基板、１２０２は半導体光活性層、１２０３は透明電極
層、１２０４は集電電極、１２０５はバスバー電極であ
る。

【００６２】可撓性基板１２０１はそれ自身の製造工程
の中で、薄膜化するために圧延される。その圧延により
可撓性基板１２０１の圧延方向に平行に表面溝１２０６
ができる。表面溝１２０６は可撓性基板１２０１の表裏
両面に、同方向に発生する。

【００６３】上記可撓性基板１２０１の材料は例えばス
テンレス鋼であるが、一般的にステンレス鋼のような鋼
板は冷間圧延により、最終的な所望の厚みにしている。
しかしながら圧延の時の条件により、表面溝１２０６
は、その深さがばらついたり、また異状現象として、圧
延ローラーとの接蝕によるスクラッチ１２０７や、圧延
油の加圧によるクレーター１２０８が発生する。

【００６４】これらのスクラッチ１２０７やクレーター
１２０８は、その傾向として、可撓性基板１２０１は圧
延方向に搬送されていることから、その圧延方向に沿っ
て発生する。つまり表面溝１２０６と平行方向に長い形
でスクラッチ１２０７やクレーター１２０８が発生す
る。

【００６５】このような可撓性基板１２０１を持つ光起
電力素子１２０９に対し、仮に、図１２（ｂ）に矢印で
示すように、その可撓性基板１２０１の表面溝１２０６
と略垂直方向に、引張り歪み１２１０を加えた場合に
は、歪みは光起電力素子１２０９の合計膜厚が小さい部
分に集中するため、表面溝１２０６の凹部１２１１に大
きな歪みがかかる。特にスクラッチ１２０７やクレータ
ー１２０８が存在した場合は、更に合計膜厚が小さなく
なるスクラッチ１２０７やクレーター１２０８に歪みが
集中する。局部に集中した歪みは、容易に半導体光活性
層のクラック発生臨界値を超えて、クラックが発生す
る。

【００６６】しかし、本発明の光起電力素子１２０９の
ように、その可撓性基板１２０１の表面溝１２０６に略
平行方向に引張り歪みを加えた場合には、歪み方向には
表面溝１２０６の凹凸が小さいことから、歪み集中が起
り難い。またスクラッチ１２０７やクレーター１２０８
も歪み方向に長いため、これらにも歪み集中が起り難
い。

【００６７】このため、本発明のように光起電力素子を
その可撓性基板の表面溝方向に引張り歪みを加えると、
クラックの発生が少ない変形加工を行うことができる。

【００６８】本発明の基本的な構成には更に以下の特徴
を加えることにより、その効果を増すことができる。

【００６９】前記歪みを引っ張り方向の歪みとすること
により、引っ張り歪みの場合に、クラックが発生し、光
起電力素子の信頼性への影響があることになる。この場
合にこそ、本発明の効果が大きい。

【００７０】前記歪みを該半導体光活性層のクラック発
生臨界値以上とした場合に、本発明の構成とすることに
よりクラック発生数を減らすことができる。即ち、本発
明によれば、光起電力素子を加工する時の歪みの制限が
緩和され、より自由度の高い太陽電池モジュールの加工
が可能となる。これにより意匠性の高い屋根材一体型太
陽電池モジュールが提供できる。

【００７１】前記可撓性基板を導電性基板とすることに
より、光起電力素子の電極として扱うことが可能とな
り、電極の取り出しが容易になる。

【００７２】前記導電性基板をステンレス鋼とすること
により、基板が耐防食性を有し、基板を高分子樹脂で被
覆する際にも腐食・酸化などをすることなく信頼性の高
い太陽電池モジュールを得ることができる。

【００７３】本発明は、前記可撓性基板の製造工程にお
ける圧延工程でスクラッチやクレーターが発生する場合
に効果がある。

【００７４】前記圧延工程が冷間圧延である場合、特に
前記スクラッチや前記クレーターが発生し易く、この場
合に本発明は特にその効果を発揮する。

【００７５】前記半導体光活性層をアモルファスシリコ
ン系半導体とすることにより、さらに可撓性が大きくな
るため、加工性が更に向上した太陽電池モジュールとす
ることができる。

【００７６】前記裏面部材を金属とすることにより、耐
候性・耐摩耗性に優れた太陽電池モジュールとなる。

【００７７】前記表面部材を透明樹脂フィルムとするこ
とにより、例えばガラスで被覆する場合と比較すれば、
非常に軽量な太陽電池モジュールとすることができるた
め、屋根材として使用した時の住宅の耐震性が向上す
る。またそれにより可撓性をもった太陽電池モジュール
とすることができるため、意匠性、加工性が向上する。

【００７８】前記封止材を有機高分子樹脂とすることに
より、光起電力素子の可撓性を十分にいかした、可撓性
をもった太陽電池モジュールとすることができる。

【００７９】光起電力素子の裏面側に裏面絶縁材を設け
ることにより、前記裏面絶縁材は、前記光起電力素子と
前記裏面部材間の絶縁を保つ役割を果たす。また、前記
裏面絶縁材は、通常は光起電力素子よりも少し大きいサ
イズで太陽電池モジュールを構成しているため、太陽電
池モジュールを受光面側から見ると光起電力素子の周辺
からはみ出るように位置しており、それを透明なもの
（例えば透明樹脂フィルム）とすることで、太陽電池モ
ジュールとしての外観を損ねない効果がある。

【００８０】前記太陽電池モジュールを建材一体型太陽
電池モジュールとすることにより、従来の建材の上に太
陽電池モジュールを設置する架台設置型構造と比べ、建
材が不要となるため低コストな太陽電池モジュールとな
る。さらに、屋根全体を軽量化することができるため住
宅の耐震性が高まる。

【００８１】また本発明の太陽電池モジュールは可撓性
に富むため、従来からの屋根材の加工成形機で同様にし
て加工することができるため、製造コストも安い。また
加工された太陽電池モジュールの信頼性も高く、建材一
体型太陽電池モジュールとして長期に利用できる。

【００８２】前記太陽電池モジュールを固定部材を用い
て設置面に固定する太陽電池モジュールの施工方法とす
ることにより、前記太陽電池モジュールの形状のデザイ
ンを多種にわたり成形することが可能となり、建材一体
型だけでなく架台設置型としても利用価値が高くなり、
様々な形態で施工できる。

【００８３】本発明の太陽電池モジュールと、電力変換
装置を接続して太陽光発電システムを構成することによ
り、低コストで、信頼性が高く、特に意匠性が高い太陽
光発電システムを提供できる。

【００８４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の太陽電池モジュ
ールの実施態様例について図を用いて説明する。尚、本
発明はこの例に限られるものではない。

【００８５】図１（ａ）、（ｂ）は、発明の実施態様に
係る波型タイプの屋根材一体型太陽電池モジュール１０
０を示したもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は
（ａ）のａ−ａ断面図である。

【００８６】この屋根材一体型太陽電池モジュール１０
０は、図１（ｂ）に示すように、光起電力素子１０１
が、裏面部材１０２上に、裏面絶縁材１０３と表面部材
１０４で絶縁をとって形成されており、各材料の間は封
止材１０５で接着された構造である。

【００８７】図１２で説明したように、各光起電力素子
１０１は、少なくとも、半導体光活性層１２０２を、導
電性を有する可撓性基板１２０１と透明電極層１２０３
とで挟んだ構造を有するものからなる。この光起電力素
子１０１の裏面側に、図１（ｂ）のように、透明樹脂フ
ィルムから成る絶縁材１０３と、屋根材として機能する
こととなる金属板から成る裏面部材１０２とを配置する
と共に、表面側に透明樹脂フィルムから成る表面部材１
０４を配置し、それらの間に有機高分子樹脂から成る封
止材１０５を挿入して太陽電池モジュール１００を構成
する。

【００８８】光起電力素子１０１で発生した電気は、図
１（ａ）に示すように電線１０６で太陽電池モジュール
外部へ取り出される。電線を取り付ける部分には絶縁保
護、防水のために端子箱１０７が設けられる。また、屋
根材としての機能を持たせるために周辺に係合部１０８
が形成されている。

【００８９】上記構成において、太陽電池モジュール１
００は、意匠性を高めるために光起電力素子１０１の部
分も含めて、平板状から波型に変形加工されている。

【００９０】この屋根材としての機能を持たせるための
各係合部１０８、及び意匠性を持たせるための変形加工
についての成形加工方法は、特に限定されるものではな
いが、平板の太陽電池モジュールを、ロールフォーマー
機、プレス機、ベンダー機等の従来から使用されている
加工成形機を用いて、変形させるのが好ましい。

【００９１】意匠性向上のための加工形状は特に限定さ
れず、波型以外にも、楔型、階段型、鎧型、折版型等、
任意の形状に変形加工することができる。ただし、いず
れの場合も、光起電力素子１０１の少なくとも一部は加
工による引張り歪み１０９を有し、該引張り歪み１０９
が、光起電力素子１０１の構成要素である可撓性基板１
２０１（図１２参照）の表面溝１２０６（図１２参照）
と略平行方向となるようにする。この方向は図１２の引
張り歪み１２１０の方向とは略９０゜ずれた方向にな
る。

【００９２】上記太陽電池モジュール１００は、固定部
材を用いて設置面に固定する。

【００９３】以下に各構成部材、用語について述べる。

【００９４】（歪み）本発明における歪みとは、ある物
質を変形させた時の変位量を表わす値であり、特に光起
電力素子が変形加工される時に、光起電力素子に発生す
る歪みである。例えば長さＬのものが、△Ｌ伸びた場合
の歪みεは以下で表わされる。

【００９５】ε＝△Ｌ／Ｌ単位は％やμεで表わせられるが、通常ｌ％伸びた場合
は１００００μεと表わす。

【００９６】（クラック発生臨界値）本発明におけるク
ラックとは、ある物質が変形の許容範囲を超えて変形し
た時に発生するひび割れをさす。クラック発生臨界値は
前記クラックが発生する臨界の歪み値であり、当然のこ
とながら、材料によって異なる。

【００９７】（建材材一体型太陽電池モジュール）建材
材一体型太陽電池モジュールとは光起電力素子を有する
建材であり、代表的には、屋根の外観部である屋根材の
受光面側に光起電力素子を一体形成した屋根材一体型太
陽電池モジュールがある。当然ながら屋根材一体型太陽
電池モジュールは屋根材としての機能を持っており、ま
たそのデザインが屋根のデザインとなるものである。

【００９８】（係合部）係合部とは隣接する屋根材どう
しを雨仕舞い、耐風性、耐荷重性、施工性を考慮して互
いに接合するために、屋根材の端部に設けるものであ
る。例えば横葺き屋根材の場合、水ながれ方向の屋根材
どうしの接合は、図１（ｂ）に示したように、屋根材の
軒側にコの字型下曲げ形状の係合部１０８を形成すると
共に、棟側にコの字型上曲げ形状の係合部１０８を成形
し、それにより接合する。また水ながれ方向に対して垂
直な方向の接合も、同様に、屋根材の横端部を、図１
（ａ）に示すようにハゼ折りして係合部１０８を成形
し、互いに接合できるように成形する。また接合用の部
材を別に用意して接合を行なう場合もある。

【００９９】（光起電力素子）光起電力素子は特に限定
されず、例えば単結晶シリコン光起電力素子、非単結晶
光起電力素子、具体的には多結晶シリコン光起電力素
子、アモルファスシリコン光起電力素子、微結晶シリコ
ン光起電力素子、銅インジウムセレナイド光起電力素
子、化合物半導体光起電力素子が用いられるが、可撓性
を有するステンレス鋼基板上にアモルファスシリコン系
半導体層を形成したアモルファスシリコン系光起電力素
子が好適に用いられる。本実施形態の光起電力素子１０
１もアモルファスシリコン系光起電力素子である。ただ
し、いずれの場合も、光起電力素子１０１の少なくとも
一部は、変形加工による引張り歪み１０９を有し、該歪
みは、該光起電力素子１０１の可撓性基板１２０１（図
１２参照）の表面溝１２０６（図１２参照）と略平行方
向になるようにする。ここで略平行とは、歪みの方向と
表面溝の方向とのなす角が好ましくは１５°以内、より
好ましくは５°以内、さらに好ましくは１°以内である
場合を意味する。

【０１００】（表面溝）本発明の表面溝とは、光起電力
素子１０１の可撓性基板１２０１（図１２参照）の受光
面側、即ち半導体光活性層１２０２（図１２参照）等を
成膜している側にある略平行線状の凹凸をいう。凸凹を
生じさせる方法については特に限定はなく、可撓性基板
１２０６（図１２参照）の圧延時の引張りストレスによ
るものであっても良いし、基板巻き取り時に引っかいた
スクラッチでも構わない。

【０１０１】（裏面部材）裏面部材１０２は太陽電池モ
ジュールの機械的強度を増し、温度変化によるソリや伸
縮を防止する補強部材としての役割を持つ。また屋外で
使用する場合には耐候性、耐荷重性が要求される。更に
屋根材一体型太陽電池モジュールとするためには屋根材
としての形状に加工できるものが好ましい。材料として
は従来からの金属屋根と同様に強度のある鋼板類と耐食
性に優れた非鉄類が使用できる。鋼板には表面処理、塗
覆した鋼板や他の元素を配合した合金、または特殊鋼の
他、断熱材等を張り合せた複合鋼板があり、一般的に
は、溶融亜鉛メッキ鋼板、ガルファン、ガルバリウム鋼
板、溶融アルミニウムメッキ鋼板、銅メッキ鋼板、塩化
ビニル被覆鋼板、フッ素樹脂鋼板、ステンレス鋼鋼板、
制振鋼板、断熱亜鉛鉄板、耐候性鋼板、前記塗装鋼板が
用いられ、非鉄類としては、銅板、アルミニウム合金
板、亜鉛合金板、鉛板、チタニウム板及び、前記の塗装
カラー板が使用される。なお、本実施態様例においては
金属板を裏面部材１０２として用いているが、本発明
は、これに限るものではない。

【０１０２】（裏面絶縁材）裏面絶縁材１０３は、上記
光起電力素子１０１と上記裏面部材１０２との間の絶縁
性を確保するためのものであり、絶縁性を要求される。
材料としては、充分な電気絶縁性を確保でき、しかも長
期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を
兼ね備えた材料が好ましい。好適に用いられるフィルム
としては、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リカーボネートが挙げられる。また上記裏面絶縁材は裏
面部材上にコートされた一体型でも構わない。

【０１０３】（封止材）封止材１０５は、光起電力素子
１０１の表面側（受光面側）と裏面側とに位置してい
る。表面側の封止材は光起電力素子と表面部材の接着の
役割があり、裏面側の封止材は光起電力素子１０１と裏
面保護材及び、裏面保護材と裏面部材１０２の接着の役
割がある。また光起電力素子の凹凸を充填被覆し、光起
電力素子を温度変化、湿度、衝撃などの過酷な外部環境
から守るために必要である。したがって、接着性、柔軟
性、光透性、耐候性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃
性が要求される。これらの要求を満たす樹脂としてはエ
チレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−ア
クリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−アクリ
ル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ブチラール樹脂などの
ポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、
エポキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、ＥＶＡは太
陽電池用途としてバランスのとれた物性を有しており、
好適に用いられる。また前記半導体層を劣化させる紫外
線を吸収する紫外線吸収剤を封止材に含有させることが
好ましい。

【０１０４】（表面部材）表面部材１０４は、太陽電池
モジュールの最表面に位置するため、耐候性、耐汚染
性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジュールの屋
外暴露における長期信頼性を確保するための性能が必要
である。材料としてはフッ素樹脂、アクリル樹脂などが
挙げられる。なかでもフッ素樹脂は耐候性、耐汚染性に
優れているため好適に用いられる。具体的にはポリフッ
化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂あるは四フッ
化エチレンーエチレン共重合体などがある。耐候性の観
点ではポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候
性および機械的強度の両立と透明性では四フッ化エチレ
ンーエチレン共重合体が優れている。前記封止材１０５
との接着性の改良のために、表面部材にコロナ処理、プ
ラズマ処理、オゾン処理、ＵＶ照射、電子線照射、火炎
処理等の表面処理を行うことが望ましい。

【０１０５】（電線）電線１０６は、光起電力素子から
電気を取り出し、太陽電池モジュールどうしを接続した
り太陽電池モジュールを外部の配線に接続したりするた
めのものであり、端子位置まで配線されたリード配線部
材に半田付けされてなる。電線１０６としては、ケーブ
ルとコネクターから構成されているものが、接続を容易
に行うことができるので好ましい。ケーブルとしては軟
質銅等の導体である芯線を絶縁被覆し、更に外部から保
護するため保護被覆されているものが好適である。絶縁
被覆材としては塩化ビニル、クロロプレン、架橋ポリエ
チレン、天然ゴム、エチレンプロピレン、シリコン樹
脂、フッ素樹脂、無機絶縁材等が好適に用いられる。保
護被覆材としては塩化ビニル、クロロプレン、ポリエチ
レン、ポリウレタン、シリコン樹脂、フッ素樹脂、金属
等が好適に用いられる。

【０１０６】コネクターは正極、負極の２種類あり、そ
れぞれが互いに接続できるようになっており、このハウ
ジング部にはポリエチレン、ポリカーボネート、ポリブ
チレンテレフタレート等が使用される。

【０１０７】（端子箱）端子箱１０７は、端子位置に設
けられ、光起電力素子から取り出した電線を機械的外力
から保護すると同時に、水や挨等の異物から電線と光起
電力素子の接合部を保護する役目を有している。そのた
め、耐熱性、耐水性、電気絶縁性、老化性に優れたもの
が要求される。また、好ましくは封止材との接着性が良
い材質が良い。

【０１０８】上記の要素を考慮にいれると、端子部材と
してはプラスチックが好ましく、難燃性などを考える
と、難燃性プラスチックやセラミックスなどが好まし
い。

【０１０９】例えば、プラスチックとしては、ノリル、
ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性
ＰＰＯ、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエ
ステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの強度、耐
衝撃性、耐熱性、硬度、老化性に優れたエンジニアリン
グ・プラスチック等がある。また、ＡＢＳ樹脂、ＰＰ、
ＰＶＣなどの熱可塑性プラスチックも使うことができ
る。

【０１１０】（固定部材）固定部材とは太陽電池モジュ
ールを固定する部材であり、特に限定はない。例えば太
陽電池モジュールが屋根材一体型太陽電池モジュールの
場合、屋根に固定する際の吊子や、釘、ジョイント部材
もこれに含まれる。またパネル状の太陽電池モジュール
を固定する場合の架台やボルト、Ｃチャン鋼等もこれに
含まれる。

【０１１１】

【実施例】以下に本発明の実施例を図を用いて詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【０１１２】（実施例１）図２は本発明の実施例１の折
版タイプの屋根材一体型太陽電池モジュール２００を示
したもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ
−ａ断面図である。

【０１１３】この建材一体型太陽電池モジュール２００
は、図２（ｂ）のように、光起電力素子２０１が、裏面
部材２０２上に、裏面絶縁材２０３と表面部材２０４で
絶縁をとって形成されており、各材料の間は封止材２０
５で接着された構造である。

【０１１４】光起電力素子２０１で発生した電気は、図
２（ａ）のように電線２０６で太陽電池モジュール外部
へ取り出されている。電線を取り付ける部分には絶縁保
護、防水のために端子箱２０７が設けられる。

【０１１５】意匠性を高めるために太陽電池モジュール
２００は平板状から他の形に変形させるが、その形はこ
の実施例の場合折版型であり、光起電力素子２０１の部
分も含めて折版型に変形加工されている。この場合、光
起電力素子２０１の変形加工による歪み２０８は、可撓
性基板３０１の表面溝２１０と略平行方向であるように
している。

【０１１６】図２（ｂ）に示すように、各光起電力素子
２０１は、少なくとも、半導体光活性層３０３を、導電
性を有する可撓性基板３０１と透明電極層３０４とで挟
んだ構造を有するものからなる。この光起電力素子２０
１の裏面側に、透明樹脂フィルムから成る絶縁材２０３
及び裏面部材２０２を配置すると共に、表面側に透明樹
脂フィルムから成る表面部材２０４を配置し、それらの
間に有機高分子樹脂から成る封止材２０５を挿入して太
陽電池モジュール２００を形成する。

【０１１７】この太陽電池モジュール２００において
は、その構成要素である光起電力素子２０１の表面に、
複数の略平行の表面溝２１０が、例えば可撓性基板３０
１の製造工程における圧延工程（冷間圧延工程）で形成
されている。この表面溝２１０の方向は、圧延工程での
圧延方向であり、これは太陽電池モジュール２００の長
手方向（図２（ａ）の左右方向）、つまり図２（ｂ）の
断面図では紙面に垂直な方向である。従って同図２
（ｂ）に示す断面で見ると、光起電力素子２０１を構成
する可撓性基板３０１、半導体光活性層３０３、及び透
明電極層３０４は、全て左右方向（図２（ａ）のａ−
ａ′方向）に波打っている。

【０１１８】上記構成の太陽電池モジュール２００は、
この表面溝２１０の方向と略平行方向の引っ張り歪み２
０８が発生するように変形させる。その際、折り曲げに
よる歪みの大きさは、比較的クラック発生臨界値の小さ
い半導体光活性層３０３のクラック発生臨界値以上で加
えられる。この実施例の折版型の場合、折れ線（稜線）
が太陽電池モジュール２００の短辺方向（図２（ａ））
になるようにジグザグ状に折り返される。

【０１１９】仮に、可撓性基板３０１を持つ光起電力素
子２０１に対し、表面溝２１０と略垂直方向に引張り歪
みを加えた場合には、既に図１２で説明したように、歪
みは光起電力素子２０１の合計膜厚が小さい部分に集中
するため、表面溝２１０のうちのスクラッチやクレータ
ーといった凹部（図１２の凹部１２１１参照）に大きな
歪みがかかり、容易に半導体光活性層３０３のクラック
発生臨界値を超えて、クラックが発生する。

【０１２０】しかし、上記した太陽電池モジュール２０
０の場合、その表面溝２１０に略平行方向に引張り歪み
２０８を加えており、これは表面溝２１０の凹凸が小さ
い方向に引張り歪みを加えていることになることから、
歪み集中が起り難い。またスクラッチやクレーターも歪
み方向に長いため、これも歪み集中が起り難い。

【０１２１】このように、光起電力素子を曲げる場合、
その可撓性基板３０１の表面溝２１０方向に引張り歪み
を加えることにより、半導体光活性層３０３でのクラッ
クの発生を抑えることができる。

【０１２２】以下に製造方法を詳細に説明する。

【０１２３】［光起電力素子］最初に光起電力素子２０
１を作成する。この工程についてまず説明する。図３は
実施例１の太陽電池モジュールの基本構成要素となる光
起電力素子２０１を示したもので、（ａ）はその平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は（ａ）
のＢ−Ｂ′断面図である。

【０１２４】導電性を有する可撓性基板３０１は洗浄し
たステンレス鋼基板であり、表面処理としては圧延アニ
ール後、硝フッ酸で処理しており、粗い凹凸とｌμｍ以
下の凹凸が共存している（不図示）。この凸凹は図２
（ｂ）の表面溝２１０にあたり、圧延方向に略平行であ
る。また圧延は冷間圧延により所望の厚みにしている。
表面溝２１０は光起電力素子が受けた太陽光をより有効
に活用するため、光を散乱させるべく、故意に大きめに
設けられている。

【０１２５】上記可撓性基板３０１上にスパッタ法で裏
面反射層３０２としてＡｌ層（膜厚２０００Å）とＺｎ
Ｏ層（膜厚１２０００Å）を形成した。

【０１２６】ついで半導体光活性層３０３として、プラ
ズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄とＰＨ₃とＨ₂の混合ガス
からｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガスからｉ
型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄とＢＦ₃とＨ₂の混合ガスから
ｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層を形成し、ｎ層膜厚１５０Å／
ｉ層膜厚４０００Å／ｐ層膜厚１００Å／ｎ層膜厚ｌ０
０Å／ｉ層膜厚８００Å／ｐ層膜厚１００Åの層構成の
タンデム型ａ−Ｓｉ光活性層を形成した。次に、透明電
極層３０４として、Ｉｎ₂Ｏ₃薄膜（膜厚６５０Å）を、
Ｏ₂雰囲気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着する事によって
形成した。ここまでは、ロール状態の可撓性基板３０１
をＲｏｌｌＴｏＲｏｌｌ方式で搬送しながら連続的
に成膜した。

【０１２７】次にロール切断機により、各枚葉に切断し
た。この切断により、光起電力素子２０１の外周（大き
さ・形状）が決定する。光起電力素子の外周は切断時に
発生する可撓性基板３０１と透明電極層３０４との短絡
を防ぐために、透明電極層３０４を一部除去し、短絡部
分と電気的に分離した有効領域を形成した（不図示）。
その方法は酸性の電解液中で、透明電極層３０４の除去
したい部分に電流を流して透明電極層３０４を除去する
電解エッチング方法によった。

【０１２８】その後、上記各層の成膜時の欠陥部分を電
気的に修復するために、電解液中で欠陥部に電流を流
し、欠陥部での短絡の原因となる透明電極層３０４も同
時に除去した。

【０１２９】その後、可撓性基板３０１の裏面側端部
に、負極バスバー電極３０７である幅７．５ｍｍ、長さ
２８５ｍｍ、厚み１００μｍの軟質銅箔をレーザー溶接
法にて可撓性基板３０１に接続した。負極バスバー電極
３０７は光起電力素子の負極電極の役割をする。負極バ
スバー電極３０７は上記のようにレーザー溶接で接続す
るため、その影響で溶接部では可撓性基板３０１と透明
電極層３０４が短絡するおそれがあるため、負極バスバ
ー電極３０７を取り付ける領域は有効領域以外の所であ
る。

【０１３０】その後、光起電力素子の端部の負極バスバ
ー電極３０７と対向する受光面側の１辺に絶縁層３０８
を設ける。絶縁層３０８はその上に正極バスバー電極３
０６を形成するための絶縁の役割がある。負極バスバー
電極３０７と対抗する位置に正極バスバー電極３０６配
置するのは、光起電力素子の正極電極と負極電極を隣接
させることで、バイパス回路や光起電力素子の直列回路
を組みやすくするため、また負極バスバー電極３０７は
上記のとうり有効領域以外に形成されており、その部分
に正極バスバー電極３０６を配置することで、有効領域
を効率良く使うことができる。また有効領域以外の部分
は上記のように可撓性基板３０１と短絡していることか
ら、正極バスバー電極３０６を形成する場合、透明電極
層３０４との間に絶縁層３０８が必要である。絶縁層３
０８としては、幅７．５ｍｍ、長さ２８０ｍｍ、厚み２
００μｍのポリイミド基材絶縁テープを貼った。この
時、絶縁層３０８を、光起電力素子の図３（ｂ）におけ
る左側の辺のエッジ部をカバーするように、少しはみ出
させて添付した。

【０１３１】その後、集電電極３０５を形成するため
に、予めカーボンペーストをφｌ００μｍの銅ワイヤー
にコートしたカーボンコートワイヤーを５．６ｍｍピッ
チで透明電極層３０４及び絶縁層３０８上に布線した。

【０１３２】そして絶縁層３０８の上部に、集電電極３
０５からの電気を集約するために正極バスバー電極３０
６を形成した。正極バスバー電極３０６としては、幅
５．５ｍｍ、長さ２８５ｍｍ、厚み１００μｍの銀メッ
キ銅箔を用いて、絶縁層３０８であるポリイミドテープ
上に接着させた。その後２００℃、３ｋｇ／ｃｍ²、５
０秒の条件で、集電電極３０５と正極バスバー電極３０
６とを同時に加熱加圧固定する。正極バスバー電極３０
６は、この時、図３（ａ）（ｂ）に示すように、片側
が、光起電力素子から外側に延びるようにしておいた。
それは光起電力素子どうしを電気接続する時のリード部
となる。

【０１３３】［光起電力素子群］次に複数の光起電力素
子を電気的に直列に接続して光起電力素子群とした。こ
の実装工程について説明する。

【０１３４】図４は実施例１の太陽電池モジュールの構
成要素である光起電力素子群を示したもので、（ａ）は
その平面図、（ｂ）はその部分拡大図、（ｃ）は（ｂ）
のＡ−Ａ′断面図である。光起電力素子群とは、図３に
示した複数の光起電力素子２０１を電気的に直列又は並
列に接続して面規模の大きなものとしたものであり、各
光起電力素子２０１にはバイパスダイオード４０７が取
付けられ、これらの複数の光起電力素子２０１から電気
を取り出すための電極取り出し部４０５、４０６が設け
られる。

【０１３５】ここでは４つの光起電力素子２０１を横一
列に並べた後、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、隣り合
う光起電力素子２０１、２０１の、一方の光起電力素子
２０１の正極バスバー電極３０６と他方の光起電力素子
２０１の負極バスバー電極３０７とを半田付けで接続し
た。正極バスバー電極３０６は上述のとおり、予め、接
続用に長くしており、同様に正極バスバー電極３０６の
下の絶縁層４０４も外枠より長くしている。長くなって
いる絶縁層４０４は、光起電力素子２０１の端部で正極
バスバー電極３０６と可撓性基板が短絡するのを防止し
ている。また光起電力素子２０１どうしの隙間は２ｍｍ
であり、高密度に配置することで太陽電池モジュールと
しての出力を高めている。

【０１３６】光起電力素子群から出力を取り出すため
に、正極側電極取り出し部４０５と負極側電極取り出し
部４０６を設けた。電極取り出し部４０５、４０６は光
起電力素子群の裏面側に設けられ、太陽電池モジュール
の設計に応じて位置が決められる。

【０１３７】図５（ａ）（ｂ）は上記図４の光起電力素
子群に設けられた電極取り出し部の平面図と断面図であ
る。

【０１３８】電極取り出し部４０５、４０６は、光起電
力素子群の裏面側、光起電力素子２０１の可撓性基板５
１０であるステンレス鋼上に設けた。正極側電極取り出
し部４０５は、正極側末端の光起電力素子２０１の正極
バスバー電極５０３から正極端子配線部材５０４で配線
を行った。負極側電極取り出し部４０６は負極側末端の
光起電力素子２０１の負極バスバー電極３０６から負極
端子配線部材５０７で配線を行った。端子配線部材５０
４、５０７として、厚さ４０μｍ、幅２０ｍｍの軟質銅
箔を用い、正極端子配線部材５０４は絶縁材５０８で、
光起電力素子２０１のステンレス鋼基板から絶縁されて
貼り付けた。また電極取り出し部４０５、４０６は、後
でケーブル等を半田付けすることから、端子配線部材５
０４、５０７のすぐ下に耐熱材５０９としてガラス織布
テープを設けた。

【０１３９】図６（ａ）（ｂ）は上記図４の光起電力素
子群に設けられたバイパスダイオードの平面図と断面図
である。

【０１４０】各光起電力素子２０１の負極バスバー電極
３０７上にはバイパスダイオード４０７を取り付けた。
バイパスダイオード４０７は太陽電池モジュールの一部
が影になって、発電しない光起電力素子２０１ができた
時、電気をバイパスさせる為に必要なものである。バイ
パスダイオード４０７のＰ側と光起電力素子２０１の負
極バスバー電極３０７、Ｎ側と光起電力素子２０１の正
極バスバー電極３０６を接続することでバイパス回路を
つくった。バイパスダイオードがないと、影になった光
起電力素子２０１は発電せずダイオードとなり、光があ
たって発電している光起電力素子２０１の電圧が、ダイ
オードとなった光起電力素子２０１に逆方向にかかるた
め壊れてしまう。バイパスダイオード４０７としてはリ
ボン付きの１．５ｍｍ角フラットダイオードチップを用
いた。また、バイパスダイオード４０７は負極バスバー
電極３０７上に絶縁材６０５を設けその上に配置した。
バイパスダイオード４０７のリボンは片側がくの字状に
なっており、光起電力素子２０１の裏からリボンを表側
にまわして正極バスバー電極３０６に接続する。接続は
半田付けで行い、リボンには厚み０．ｌｍｍの軟質銅箔
を用いている。

【０１４１】最後に、光起電力素子２０１の正極バスバ
ー電極３０６上には、外観性を考慮して黒の装飾用テー
プを貼り付けた（不図示）。

【０１４２】［モジュール化］次に、上記光起電力素子
群を以下のように真空ラミネート処理して太陽電池モジ
ュールを作成した。この光起電力素子群を樹脂封止する
ラミネーション工程について説明する。

【０１４３】図７（ａ）（ｂ）はラミネーション処理し
た後の平板状の太陽電池モジュール２００の平面図と断
面図である。

【０１４４】図７において、２０４は表面部材、２０５
は封止材、２２０は光起電力素子（光起電力素子群）、
２０３は裏面絶縁材、２０２は裏面部材である。より具
体的には、表面部材２０４はＥＴＦＥ（エチレン−テト
ラフルオロエチレン共重合体）フィルムであり、封止材
２０５はＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）であ
る。受光面側の封止材２０５は外部からの引っ掻きを考
慮して、表面保護強化材７０６が含浸されている。表面
保護強化材７０６はガラス不織布である。裏面絶縁材２
０３は、ＰＥＴ（ポリエステル）フィルムである。裏面
部材２０２は塗装亜鉛鋼板である。

【０１４５】ラミネーションは、裏面部材２０２／裏面
絶縁材２０３と裏面側の封止材２０５の一体積層体／光
起電力素子（光起電力素子群）２２０／表面保護強化材
７０６／表面側の封止材２０５と表面部材２０４の一体
積層体／を上記の順で積層し、１重真空方式のラミネー
ト装置を用いて真空加熱して行なった。その際の真空条
件は、排気速度７６Ｔｏｒｒ／ｓｅｃ．、真空度５Ｔｏ
ｒｒで３０分間排気とした。その後、１６０℃の熱風オ
ーブンにラミネート装置を投入し、５０分間加熱した。
この際のＥＶＡは、１４０℃以上１５分間以上という環
境におかれる。これにより、ＥＶＡを溶融、架橋させ
た。これにより平板の太陽電池モジュールが作成でき
た。

【０１４６】光起電力素子（光起電力素子群）２２０の
正極側及び負極側の電極取り出し部に当たるところの裏
面部材２０２には予め穴が開けられており、そこから電
気を取り出せるようにした（不図示）。

【０１４７】最後に平板状の太陽電池モジュールをベン
ダー機により、図２に示すように折版タイプの屋根材一
体型太陽電池モジュールヘと成形加工した。この時、光
起電力素子（光起電力素子群）２２０が凸型に引き伸ば
される部分は、光起電力素子２０１の可撓性基板３０１
の表面溝２１０と略平行方向（誤差±１°以内）の歪み
がかかるように加工した。

【０１４８】（実施例２）図８（ａ）（ｂ）は、本発明
の実施例２の凸曲タイプの太陽電池モジュール８００を
示したもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）の
ａ−ａ断面図である。この場合、意匠性を高めるため
に、太陽電池モジュール８００は光起電力素子２２０の
部分も含めて凸曲状に加工されている。この凸曲状の太
陽電池モジュール８００はカーポート状に接着剤で貼り
付けたりして使用する。

【０１４９】図８（ｂ）のように、光起電力素子２０１
は裏面部材２０２上に裏面絶縁材２０３と表面部材２０
４で絶縁をとって形成されており、各材料の間は封止材
２０５で接着された構造である。

【０１５０】光起電力素子２０１で発生した電気は電線
２０６で太陽電池モジュール外部へ取り出されている。
ケーブルを取り付ける部分には絶縁保護、防水のために
端子箱２０７が設けられる。この実施例においても、光
起電力素子２０１の曲げ加工による引張り歪み８０８
は、可撓性基板３０１の表面溝２１０と略平行方向であ
ることを特徴としている。

【０１５１】製造方法は実施例１と同様であるが、最後
の凸曲形状への加工は、実施例１のベンダー機では行な
わずに、ローラーフォーマー機によって行なった。また
可撓性基板３０１はステンレス鋼基板であり、表面処理
としてはブライトアニール処理をしており、ほば平滑で
ある。しかしながら、細い凹凸８１０が存在している。
凸凹８１０は上記の表面溝２１０にあたり、圧延方向に
略平行である。

【０１５２】（比較例１）図９（ａ）（ｂ）は、比較例
１の凸曲タイプの太陽電池モジュール９００の斜視図と
断面図である。この場合、意匠性を高めるために太陽電
池モジュール９００は、光起電力素子部分も含めて凸曲
状に加工されている。

【０１５３】図のように、光起電力素子９０１が裏面部
材９０２上に裏面絶縁材９０３と表面部材９０４で絶縁
をとって形成されており、各材料の間は封止材９０５で
接着された構造である。

【０１５４】光起電力素子９０１で発生した電気は電線
９０６で太陽電池モジュール外部へ取り出されている。
ケーブルを取り付ける部分には絶縁保護、防水のために
端子箱９０７が設けられる。尚、光起電力素子９０１の
加工による歪み９０８は、本発明の上記実施例１，２と
場合と異なり、可撓性基板９０９の表面溝９１０と略垂
直方向である。

【０１５５】製造方法は実施例１と同様であるが、最後
の凸曲形状への加工は、実施例１のベンダー機では行な
わずに、ローラーフォーマー機によって行なった。また
可撓性基板９０９は洗浄したステンレス鋼基板であり、
表面処理としては圧延アニール後、硝フッ酸で処理し、
その結果、粗い凹凸とｌμｍ以下の凹凸９１０が共存し
ている。凸凹９１０は本発明の表面溝９１０にあたり、
圧延方向に略平行である。表面溝９１０は光起電力素子
９０１が受けた太陽光をより有効に活用するため、光を
散乱させるべく、故意に大きめに設けられている。

【０１５６】（実験１）本発明の実施例１、実施例２と
比較例１をマイグレーションに対する加速劣化試験であ
る順バイアス高温高湿試験を行なった。

【０１５７】順バイアス高温高湿試験について説明す
る。

【０１５８】太陽電池モジュールを、８５℃／８５％
（相対湿度）の環境下に投入する。この場合、試験機内
を遮光環境にするか試験体の受光面側を遮光するかのい
ずれかにより試験体に光が入射しないようにする。この
環境下において、最適動作電圧が太陽電池の内部のダイ
オード成分の順方向に印可できるように配線し、２００
０時間印可したあと、太陽電池モジュールをとりだし、
光起電力素子１セルずつにつき低照度Ｖｏｃ（照度２０
０Ｌｘ下での開放電圧）を測定、投入前の初期値からの
変化率を求めた。低照度Ｖｏｃの低下は、光起電力素子
内部の接合欠陥による分路抵抗の抵抗の低下を表す。

【０１５９】評価結果は以下の評価基準で表１に示す。

【０１６０】

【表１】

【０１６１】◎：低照度Ｖｏｃの変化が、１．０％未満
である場合、○：低照度Ｖｏｃの変化が、１．０％以上
３．０％未満である場合、△：低照度Ｖｏｃの変化が
３．０％以上５．０％未満である場合、×：低照度Ｖｏ
ｃの変化が５．０％以上である場合。

【０１６２】上記のように、光起電力素子が可撓性基板
の表面溝と略垂直方向である歪みを有するような比較例
１は、試験において良好な結果が得られず、これに対
し、光起電力素子が可撓性基板の表面溝と略平行方向で
ある歪みを有するような実施例１及び実施例２は、試験
で良好な結果が得られている。

【０１６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
太陽電池モジュールを光起電力素子を含む部分で変形加
工する時、該光起電力素子の少なくとも一部に発生する
加工による歪みが、光起電力素子の可撓性基板の表面溝
と略平行方向になるようにしているため、光起電力素子
の半導体光活性層に発生するクラック発生を少なくする
ことができ、より信頼性の高い太陽電池モジュールが得
られる。

【０１６４】これにより光起電力素子の有無、つまり太
陽電池モジュール内に光起電力素子が存在する領域であ
るかどうかを考慮せずに、太陽電池モジュールを好きな
領域で変形加工することができる。また、その変形加工
には、従来からの屋根材成形機を用いることができる。
よって、従来からの屋根材成形機を用いた、意匠性の高
い、低コストな、信頼性のある屋根材一体型太陽電池モ
ジュールの実用化を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例の屋根材一体型太陽電池モ
ジュールを示したもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）
はそのａ−ａ断面図である。

【図２】本発明の実施例１の折版タイプの屋根材一体型
太陽電池モジュールを示したもので、（ａ）はその斜視
図、（ｂ）はそのａ−ａ断面図である。

【図３】図２の太陽電池モジュールの基本構成要素であ
る光起電力素子を示したもので、（ａ）はその平面図
と、（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図及び（ｃ）はＢ−Ｂ′
断面図である。

【図４】図２の太陽電池モジュールの構成要素である光
起電力素子群を示したもので、（ａ）はその平面図、
（ｂ）はその部分拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ′断
面図である。

【図５】図４の光起電力素子群に設けられた電極取り出
し部を示したもので、（ａ）は図４を裏面側から見た光
起電力素子群の平面図、（ｂ）はそのａ−ａ断面図であ
る。

【図６】図４の光起電力素子群に設けられたバイパスダ
イオードの部分を示したもので、（ａ）はその平面図、
（ｂ）はそのａ−ａ断面図である。

【図７】図４の光起電力素子群をラミネーション処理し
て作成した平板状の太陽電池モジュールを示したもの
で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図である。

【図８】本発明の実施例２の凸曲タイプの太陽電池モジ
ュールを示したもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は
そのａ−ａ断面図である。

【図９】比較例１の凸曲タイプの太陽電池モジュールを
示したもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はそのａ−
ａ断面図である。

【図１０】代表的な屋根材一体型太陽電池モジュールを
示したもので、（ａ）はその斜視図と、（ｂ）はそのＡ
−Ａ′断面図である。

【図１１】代表的な光起電力素子を示したもので、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はそのａ−ａ断面図であ
る。

【図１２】可撓性基板の表面溝とこれに略直角方向に引
っ張り歪みを与えた光起電力素子の概念図で、（ａ）は
その光起電力素子の平面図、（ｂ）はその可梼性基板の
表面溝に垂直方向に切断した断面図である。

【符号の説明】

１００太陽電池モジュール１０１光起電力素子１０２裏面部材１０３裏面絶縁材１０４表面部材１０５封止材１０６電線１０７端子箱１０８係合部１０９引張り歪み２００太陽電池モジュール２０１光起電力素子２０２裏面部材２０３裏面絶縁材２０４表面部材２０５封止材２０６電線２０７端子箱２０８引張り歪み２１０表面溝２２０光起電力素子３０１導電性を有する可撓性基板３０２裏面反射層３０３半導体光活性層３０４透明電極層３０５集電電極３０６正極バスバー電極３０７負極バスバー電極３０８絶縁層５１０可撓性基板８００凸曲タイプの太陽電池モジュール８０８引張り歪み８１０細い凹凸１２０１可撓性基板１２０２半導体光活性層１２０３透明導電層１２０４集電電極１２０５バスバー電極１２０６表面溝１２０７スクラッチ１２０８クレーター１２０９光起電力素子１２１０引張り歪み１２１１凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小森綾子東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者松下正明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者高林明治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓性基板上に少なくとも半導体光活性
層を有する光起電力素子の表面側に表面部材を配置する
と共に、裏面側に裏面部材を配置し、それらの間に封止
材を介在させた太陽電池モジュールにおいて、前記可撓
性基板が、その半導体光活性層側の表面に複数の略平行
の表面溝を有しており、この表面溝と略平行方向の歪み
が前記光起電力素子に加わる方向に、前記太陽電池モジ
ュールの少なくとも一部が変形加工されていることを特
徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】前記歪みは引っ張り方向の歪みであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】前記歪みは、前記半導体光活性層のクラ
ック発生臨界値以上であることを特徴とする請求項１又
は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】前記可撓性基板が導電性基板であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽
電池モジュール。
【請求項５】前記導電性基板がステンレス鋼であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】前記表面溝は、前記可撓性基板の製造工
程における圧延工程で発生した凹凸であることを特徴と
する請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池モジ
ュール。
【請求項７】前記圧延工程は冷間圧延工程であること
を特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】前記半導体光活性層はアモルファスシリ
コン系半導体であることを特徴とする請求項１〜７のい
ずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】前記裏面部材が金属板からなることを特
徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の太陽電池
モジュール。
【請求項１０】前記表面部材が透明樹脂フィルムから
なることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記
載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】前記封止材が有機高分子樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載
の太陽電池モジュール。
【請求項１２】光起電力素子の裏面側に絶縁材を有
し、該絶縁材が透明樹脂フィルムからなることを特徴と
する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の太陽電池モ
ジュール。
【請求項１３】前記太陽電池モジュールが、前記変形
加工により建材としての形状に曲げ加工され、建材一体
型太陽電池モジュールとして構成されていることを特徴
とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の太陽電池
モジュール。
【請求項１４】可撓性基板上に少なくとも半導体光活
性層を有する光起電力素子の表面側に表面部材を配置す
ると共に、裏面側に裏面部材を配置し、それらの間に封
止材を介在させた太陽電池モジュールの製造方法におい
て、前記可撓性基板の半導体光活性層側の表面に複数の
略平行の表面溝を発生させる工程と、この表面溝と略平
行方向の歪みが前記光起電力素子に加わる方向に、前記
太陽電池モジュールの少なくとも一部を変形加工する工
程とを含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造
方法。
【請求項１５】前記変形加工は、前記歪みが引っ張り
方向の歪みとなる方向に行うことを特徴とする請求項１
４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１６】前記変形加工は、前記歪みが前記半導
体光活性層のクラック発生臨界値以上となる大きさで行
うことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の太陽電
池モジュールの製造方法。
【請求項１７】前記可撓性基板が導電性基板であるこ
とを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載
の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１８】前記導電性基板がステンレス鋼である
ことを特徴とする請求項１７に記載の太陽電池モジュー
ルの製造方法。
【請求項１９】前記表面溝は前記可撓性基板の製造工
程における圧延工程で発生させることを特徴とする請求
項１４〜１８のいずれか一項に記載の太陽電池モジュー
ルの製造方法。
【請求項２０】前記圧延工程は冷間圧延工程であるこ
とを特徴とする請求項１９に記載の太陽電池モジュール
の製造方法。
【請求項２１】前記半導体光活性層はアモルファスシ
リコン系半導体であることを特徴とする請求項１４〜２
０のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールの製造方
法。
【請求項２２】前記裏面部材が金属板からなることを
特徴とする請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の太
陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２３】前記表面部材が透明樹脂フィルムから
なることを特徴とする請求項１４〜２２のいずれか一項
に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２４】前記封止材が有機高分子樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１４〜２３のいずれか一項に記
載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２５】光起電力素子の裏面側に絶縁材を有
し、該絶縁材が透明樹脂フィルムからなることを特徴と
する請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の太陽電池
モジュールの製造方法。
【請求項２６】前記変形加工する工程により、前記太
陽電池モジュールを建材としての形状に曲げ加工して、
建材一体型太陽電池モジュールとすることを特徴とする
請求項１４〜２５のいずれか一項に記載の太陽電池モジ
ュールの製造方法。
【請求項２７】請求項１〜１３のいずれか一項に記載
の太陽電池モジュールを、固定部材を用いて設置面に固
定することを特徴とする太陽電池モジュールの施工方
法。
【請求項２８】請求項１〜１３のいずれか一項に記載
の太陽電池モジュールと、該太陽電池モジュールに接続
された電力変換装置とを有することを特徴とする太陽光
発電システム。