JP2001230437A

JP2001230437A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2001230437A
Application number: JP2000041559A
Authority: JP
Inventors: Saburo Nakajima; 三郎中島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: JP4330241B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、耐湿性を改善することにより信
頼性の向上した太陽電池モジュールを提供することを目
的とする。【解決手段】表面側透光性フィルム材２と裏面側透光
性フィルム材４との間に複数の太陽電池素子１を封止し
てサブモジュールが形成される。表面強化ガラス２０と
表面側透光性フィルム材２間にスペーサ５を配置して両
者の間に空気層６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、太陽電池モジュールに関する
ものであり、特に、表面部材及び裏面部材が透光性を有
することにより、表裏両面側からの光入射を可能とした
両面入射型太陽電池モジュールに用いて好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光エネルギーを直接電気エネルギーに変
換する太陽電池装置は、無尽蔵な太陽光をエネルギー源
としているため、環境問題等から石油・石炭等の化石エ
ネルギーに代わるエネルギー源として期待され、実用化
が進められている。かかる太陽電池装置を実際のエネル
ギー源として用いるためには、通常複数個の太陽電池素
子を電気的に直列、或いは並列に接続することによりそ
の出力を高めた太陽電池モジュールが使用されている。

【０００３】従来の太陽電池モジュールは、片面発電の
ものとしては、図５に示すように、表面強化ガラス１０
０と裏面部材１０１との間に複数個の太陽電池素子１１
０…がＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）などの
透光性且つ絶縁性を有する樹脂１０２で封止された構造
になっている。

【０００４】太陽電池素子１１０は、単結晶シリコン、
多結晶シリコンなどから構成され、各太陽電池素子１１
０間は銅箔板などの金属薄板からなる接続部材１１１…
で直列及び／又は並列に接続されている。また、裏面部
材１０１には裏面からの水分の浸入を防ぐためにプラス
チックフィルムでアルミニウム（Ａｌ）箔などの金属箔
をサンドイッチした積層フィルムが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池モジュール
は、一般に屋外で長期間使用されるため機械的強度のみ
ならず耐候性にも優れている必要がある。上述した構造
においては、機械的強度は表面強化ガラス１００で保っ
ている。そして、耐候性に関しては、裏面部材１０１と
して金属箔をプラスチックフィルムでサンドイッチした
積層フィルムを用いているので、外部からの水分浸入が
抑制され、長期間に亘って、高い発電性能が得られるて
いるが、未だ改善の余地があった。

【０００６】また、太陽電池素子の光の有効利用を図る
べく、光入射側の電極のみならず裏面側の電極まで透明
電極の構成にし、太陽電池素子の表裏両面から光を入射
させるように構成した太陽電池素子が提案されている。
このような構造においては、裏面部材も透光性部材が用
いられる。この裏面部材として透光性の樹脂フィルムを
用いた場合には、金属箔をプラスチックフィルムでサン
ドイッチした積層フィルムに比べ水分が浸入しやすくな
るため、さらに水分浸入の対策の必要がある。また、か
かる透光性の樹脂フィルムとして水分透過率の小さいフ
イルムを用いることも提案されているが、依然として改
善の余地が残っていた。

【０００７】この発明は、上述した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、耐湿性を改善すること
により信頼性の向上した太陽電池モジュールを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず、この発明者らは上
述した水分の浸入による発電性能の低下の原因を調べる
ために、図５に示す構造において、裏面部材１０１にア
ルミニウム（Ａｌ）箔をＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）でサ
ンドイッチした積層フィルムを用いた太陽電池モジュー
ルと、ＰＶＦフィルムだけを用いた太陽電池モジュール
の２種類のモジュールを作成し、それぞれについて耐湿
試験（ＪＩＳＣ８９１７）を行った。この試験は、８
５℃、湿度９３％に保持された恒温漕中に１０００時間
入れた前後での太陽電池特性を調べるもので、出力値が
９５％以上であることが合格の基準として定められてい
る。ここでは、恒温漕中に入れる時間を１０００時間と
して試験を行った。その結果、得られた出力変化率は裏
面部材に積層フィルムを用いた場合９９．０％であり、
ＰＶＦフィルムを用いた場合は、９２．０％であった。
そして、この２種類の太陽電池モジュールについて鋭意
検討したところ、太陽電池素子を封止する樹脂１ｇ中に
存在するナトリウム量が、積層フィルムを用いた場合
０．３μｇ／ｇであるのに対して、ＰＶＦフィルムを用
いた場合は３μｇ／ｇであり、出力変化率と相関関係が
あり、樹脂中のナトリウム量が多いほど発電性能が低下
することが分かった。

【０００９】かかるナトリウム量の増加はモジュール中
に浸入した水分の存在によるものと考えられる。すなわ
ち、裏面部材に積層フィルムを用いた場合は太陽電池モ
ジュールの外周部から水分が浸入するが、裏面部材に樹
脂フィルムを用いた場合にはこの樹脂フィルムを透過し
ても水分が浸入することになるので、樹脂フィルムを裏
面部材に用いた方がモジュール中に浸入する水分量が多
くなる。

【００１０】そして、モジュール中に水分が浸入する
と、表面ガラスから析出したナトリウムイオンが水分を
含んだ樹脂内を移動して太陽電池素子表面まで達し、さ
らに太陽電池素子内部にまで拡散することにより太陽電
池素子の発電性能を低下させるために、裏面に樹脂フィ
ルムを用いた方が発電性能が低下したものと推察され
る。

【００１１】従って、この発明は、表面ガラスから析出
されるナトリウムが太陽電池素子表面に達することを抑
制することにより、信頼性を向上せんとするものであ
る。

【００１２】この発明の太陽電池モジュールは、上述し
たことを考慮してなされたものにして、表面ガラス部材
と裏面部材との間に複数の太陽電池素子が封止されてな
る太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子と表
面ガラス部材との間に空気層が形成されていることを特
徴とする。

【００１３】前記表面ガラス部材と太陽電池素子間にス
ペーサ部材を配置して両者の間に空気層を形成すると良
い。

【００１４】また、前記太陽電池素子は、表面側透光性
フィルム材と裏面部材の間に樹脂封止して構成すること
ができる。

【００１５】前記表面ガラス部材と表面側透光性フィル
ム材間にスペーサ部材を配置して両者の間に空気層を形
成すると良い。

【００１６】前記スペーサ部材は高チクソ性接着剤で形
成すればよい。

【００１７】上記のように空気層を設けることで、太陽
電池素子が、ＥＶＡ封止樹脂などを介して表面ガラス部
材と接触しないため、表面ガラス部材から析出したナト
リウムイオンが太陽電池素子に到達するのが抑制でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き図面を参照して説明する。

【００１９】まず、この発明に用いられる太陽電池素子
１の一例につき図１を参照して説明する。図１は、表裏
両面から光を入射させるように構成した太陽電池素子の
一例を示す模式的斜視図である。この太陽電池素子は、
単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的
に真性な非晶質シリコンを挟み、その界面での欠陥を低
減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造（以下、Ｈ
ＩＴ構造という）において、表裏両面から光を入射可能
にした太陽電池素子である。

【００２０】図１に示すように、ｎ型単結晶シリコン基
板１０上に、真性非晶質シリコン層１１が形成され、そ
の上にｐ型非晶質シリコン層１２が形成されている。そ
して、ｐ型非晶質シリコン層１２の全面にＩＴＯなどか
らなる受光面側の透明電極１３が設けられ、この受光面
側透明電極１３上に銀（Ａｇ）等からなる櫛形集電極１
４が形成されている。また、基板１０の裏面には基板裏
面に内部電界を導入したいわゆるＢＳＦ（Back Surface
Field）型構造になっている。すなわち、基板１０の裏
面側に真性非晶質シリコン層１５を介してハイドープｎ
型非晶質シリコン層１６が設けられている。このハイド
ープｎ型非晶質シリコン層１６の全面にＩＴＯなどから
なる裏面側透明電極１７が形成され、この上に銀（Ａ
ｇ）等からなる櫛形集電極１８が形成されている。この
ように、裏面側も結晶シリコン基板とハイドープ非晶質
シリコン層との間に真性非晶質シリコン層を挟み、その
界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改良し
たＢＳＦ構造になっている。

【００２１】上記した図１に示す太陽電池素子１が図示
しない半田ディップ銅箔など接続部材により複数個直列
及び／又は並列に接続される。そして、図２に示すよう
に、ＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）などからなる厚さ０．１
〜１ｍｍの表面側透光性フィルム部材２と裏面側透光性
フィルム部材４との間にＥＶＡ（エチレン・ビニル・ア
セテート）樹脂３を用いて封止して、サブモジュールが
形成される。

【００２２】このサブモジュールの形成は、各部材を重
ね、１００Ｐａ程度に真空引きされた漕中に保持し、そ
の後、全体を１５０℃程度に加熱し、裏面部材側からシ
リコーンシートにて大気圧を用いて圧着する。このプロ
セスにてＥＶＡシートを軟化させ仮接着を行った後に、
改めて１５０℃程度の恒温漕中にて１時間程度保持し、
ＥＶＡを架橋するいわゆる真空ラミネート工程により、
形成される。サブモジュールの平面的なサイズは、表面
強化ガラス２０と同じにする。

【００２３】次に、表面強化ガラス２０の表面側におけ
る太陽電池素子１…間の隙間に対応する部分の透光性フ
ィルム部材２上に、太陽電池素子１への光入射を妨げな
い面積でシリコーン樹脂などの高チクソ性の接着剤を塗
布し、スペーサ５を形成する。

【００２４】なお、太陽電池素子１…間の隙間に対応す
る部分の透光性フィルム部材２上に設けるスペーサ５
は、サブモジュールが太陽電池モジュールのアルミニウ
ム（Ａｌ）フレーム３０から離れて中央部に行くに従っ
て、自身の自重で垂れ下がるのを防止する役目もを果た
す。

【００２５】次いで、サブモジュールと表面強化ガラス
２０を重ねてスペーサ５のシリコンで接着する。このス
ペーサ５を用いて、表面強化ガラス２０とサブモジュー
ルとを接合することにより、サブモジュールの太陽電池
素子１の表面側と表面強化ガラス２０との間には、空気
層６が設けられる。

【００２６】このようにして形成された太陽電池モジュ
ールの周囲にフレーム３０を取り付ける。このフレーム
３０の取付は、太陽電池モジュールの周囲にシリコーン
ゴムなどを介して固定したり、或いは、また、フレーム
３０に予め太陽電池モジュールを嵌め込むような段部を
形成しておき、その段部に嵌め込むことにより両者を固
定するように構成しても良い。

【００２７】上記したように、この実施形態は、太陽電
池モジュールの一方の表面に空気層６を介して機械的強
度を有する表面強化ガラス２０を設けている。このよう
に構成することで、太陽電池素子１が、ＥＶＡ封止樹脂
２を介して表面強化ガラス２０と接触しないため、表面
強化ガラス２０から析出したナトリウム（Ｎａ）イオン
が太陽電池素子１に到達するのが抑制できる。

【００２８】次に、この発明の第２の実施形態につき、
図３に従い説明する。

【００２９】上記した第１の実施形態との相違はスペー
サ部材の材料として、高チクソ性のシリコン樹脂のスペ
ーサ５に加えて厚さ１〜５ｍｍのアクリル、ポリカーボ
ネート等のフィルム板からなる第２スペーサ７を用いた
ことである。

【００３０】サブモジュール形成までは、上記実施形態
と同じであるために説明を省略し、表面強化ガラス２０
とサブモジュールの接着から説明する。

【００３１】厚さ１〜５ｍｍのアクリル、ポリカーボネ
ート等のフィルム板からなる第２スペーサ７を用意す
る。この第２スペーサ７は、太陽電池素子１…間の隙間
に対応する部分に太陽電池素子１への光入射を妨げない
面積に加工している。そして、第２スペーサ７の接着面
に両面テープを貼り付け、もしくは接着用シリコン樹脂
を塗布する。この第２スペーサ７を太陽電池素子１…間
の隙間に対応する部分の透光性フィルム部材２上に配置
する。サブモジュールの周囲は、上記した実施形態と同
様に高チクソ性のシリコン樹脂を塗布してスペーサ５を
形成する。

【００３２】この場合には、サブモジュールと表面強化
ガラス２０の空間６の高さが、固体の第２スペーサ７の
厚さで決まり、バラツキの少ない空間高さを形成するこ
とができる。そして、このようにして形成された太陽電
池モジュールの周囲にフレーム３０を取り付ける。

【００３３】また、上記した両実施形態においては、サ
ブモジュールと表面ガラス２０とを接着してからアルミ
ニウムフレーム３０に取り付けているが、フレーム３０
の取付により、サブモジュールと表面強化ガラス２０と
を空間を有して固定するように構成しても良い。また、
フレーム３０の構造により、スペーサを設けずにサブモ
ジュールと表面強化ガラス２０とを空間を有して固定す
るように構成することができる。

【００３４】上記した実施形態においては、予めサブモ
ジュールを形成しているが、図４に示すように、太陽電
池素子１間の隙間上に、高チクソ材からなるスペーサ部
材８を設け、太陽電池素子１の周囲にＥＶＡなどの封止
樹脂９を設けて、裏面透明フィルム４と表面ガラス２０
とを一体化するように構成し、太陽電池素子１表面と表
面ガラス２０との間に空間６を設けるように構成するこ
ともできる。この構成においても、太陽電池素子１が、
ＥＶＡ封止樹脂を介して表面強化ガラス２０と接触しな
いため、表面強化ガラス２０から析出したＮａイオンが
太陽電池素子１に到達しにくくなる。

【００３５】次に、上記した構造のこの発明の太陽電池
モジュールと従来構造の太陽電池モジュールをそれぞれ
用意し、耐湿性試験を行った結果を示す。この試験は８
５℃、湿度９３％に保持された恒温漕中に１０００時間
入れた前後での太陽電池の特性を調べるもので、出力値
は９５％以上であることが合格の基準として定められて
いる。

【００３６】サンプルは、この発明によるものは、図２
に示す構造のものであり、表裏に透明ＰＶＦフィルムを
用いている。従来例としては、図５に示す構造のもので
あり、裏面部材としてＰＶＦフィルムとアルミニウム箔
とをサンドイッチした積層フィルムを用いたものと、裏
面部材として、ＰＶＦからなる透明フィルムだけを用い
たものをそれぞれ用意した。封止したＥＶＡ樹脂シート
の厚みは全てのサンプルにおいて同じとし、太陽電池素
子は両面入射型のＨＩＴ構造のものを用いた。この結果
を表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１より、１０００時間経過後であれば、
従来ＰＶＦだけを用いたものでは、初期特性が９５％を
切り、ＪＩＳの規格をクリアできないのに対して、本発
明の太陽電池モジュールであれば、初期特性より特性の
変化率が少なく９５％以上の特性を十分に満足してお
り、ＪＩＳの規格はクリアしている。また、裏面部材と
して、積層フィルムを用いたものより良好な特性が得ら
れている。

【００３９】このように、この発明によれば、強化ガラ
スと水分との相互作用によって析出するＮａイオンの太
陽電池素子への到達を抑制でき、耐湿性が向上する。

【００４０】尚、上記した実施の形態において、封止樹
脂としてＥＶＡを用いているが、シリコーン、ポリ塩化
ビニル、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ポリウレタ
ンを用いることができる。

【００４１】上記した実施形態においては、太陽電池素
子として、ＨＩＴ構造の太陽電池素子を用いた場合につ
き説明したが、この発明は、他の単結晶シリコンや多結
晶シリコンを用いた結晶系太陽電池素子、非晶質系太陽
電池素子を用いた太陽電池モジュールにも適用すること
ができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、表面強化ガラスから析出したナトリウムイオンを太
陽電池素子まで到達するのが抑制でき、屋外における長
期な使用に耐えうる高い信頼性の太陽電池モジュールを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表裏から光を入射させるように構成した太陽電
池素子の一例を示す模式的斜視図である。

【図２】この発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジ
ュールの模式的断面図である。

【図３】この発明の第２の実施形態に係る太陽電池モジ
ュールの模式的断面図である。

【図４】この発明の第３の実施形態に係る太陽電池モジ
ュールの模式的断面図である。

【図５】従来の太陽電池モジュールの模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１太陽電池素子２表面側透光性フィルム材３封止樹脂４裏面側透光性フィルム材５スペーサ６空気層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面ガラス部材と裏面部材との間に複数
の太陽電池素子が封止されてなる太陽電池モジュールで
あって、前記太陽電池素子と表面ガラス部材との間に空
気層が形成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】前記表面ガラス部材と太陽電池素子間に
スペーサ部材を配置して両者の間に空気層が形成されて
い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】前記太陽電池素子は、表面側透光性フィ
ルム材と裏面部材の間に樹脂封止されていることを特徴
とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】前記表面ガラス部材と表面側透光性フィ
ルム材間にスペーサ部材を配置して両者の間に空気層が
形成されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽
電池モジュール。
【請求項５】前記スペーサ部材は高チクソ性接着剤で
形成されていることを特徴とする請求項２又は４に記載
の太陽電池モジュール。