JP2004055970A - 太陽電池モジュールとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池モジュールの封止，防水性を高めて信頼性と耐久性の向上化を図る。
【解決手段】太陽電池セル１０を挟んで、その受光面側に透光性の表面保護材１２および封止材１４を、裏面側には背面保護材１３および封止材１５をラミネートしてセルを封止した太陽電池モジュールにおいて、太陽電池のセル表面にフィルム状のセル保護膜２０を追加して直接被着し、ここで表面保護材はエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、封止材は過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）として、セル保護膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲であるエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）とする。
【選択図】 図１
【解決手段】太陽電池セル１０を挟んで、その受光面側に透光性の表面保護材１２および封止材１４を、裏面側には背面保護材１３および封止材１５をラミネートしてセルを封止した太陽電池モジュールにおいて、太陽電池のセル表面にフィルム状のセル保護膜２０を追加して直接被着し、ここで表面保護材はエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、封止材は過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）として、セル保護膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲であるエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックなどのフレキシブルなシート状基板に薄膜光電変換層， 透明電極， 接続電極を付けて構成した太陽電池セルに対し、その表， 裏両面に耐候性の高い保護材，および封止材を被着して一体に封止したラミネート構造になる太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記した太陽電池セルとして、在来のガラス基板に代わるフレシキブルなプラスチックシートを基板として、この基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）形の薄膜半導体層からなる光電変換素子，透明電極，接続電極をパターンニングして複数ユニットセルの直列接続構造を構成した薄膜太陽電池の開発が進められており、その一例として本発明と同一出願人よりいわゆるＳＣＡＦ（Ｓｅｒｉｅｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ ｏｎ Ｆｉｌｍ） と名付けた集積形直列接続構造の薄膜太陽電池が特開平１０−２３３５１７号，特開２０００−２２３７２７号などで提案されている。
【０００３】
次に、前記提案になる薄膜太陽電池のセル構造を図６に示す。図において、１はシート状のプラスチック基板、２は光電変換層（アモルファスシリコン層）、３はＩｎとＳｎを主成分とする透明電極、４は基板１の上面に蒸着形成した光電変換層２の裏面電極、５はプラスチック基板１の裏面に蒸着した背面電極（接続電極）、６はプラスチック基板１を貫通して透明電極３と背面電極５との間を接続する集電ホール（スルーホール）、７は背面電極５と裏面電極４との間を接続する直列ホールであり、透明電極３，光電変換層２，および裏面電極４はセル分割溝８をレーザースクライブして複数のユニットセル領域に分離され、さらにこのユニットセル領域に対応してプラスチック基板１の背面電極５もセル分割溝９で分離されている。
【０００４】
かかる構成で、太陽光は透明電極３を透過して光電変換層２に入射し、各ユニットセル領域の光電変換層２で発電した電流は透明電極３に集められる。また、透明電極３は、集電ホール６→背面電極５→直列ホール７を経て隣接するユニットセルの裏面電極４に接続されており、これにより複数ユニットセルの直列接続構造を形成している。
【０００５】
この薄膜太陽電池は電池製造のための材料入手の制約が少なく、かつ量産性に優れていること、さらに軽量で屋根等への敷設も容易であることなどから、将来の太陽電池の主流として大きな期待が寄せられており、特にプラスチック等のフレキシブルな材料を基板とした前記構造では、その柔軟性を活かした用途への適用も考えられ、今後さらに普及化が進むものと予想される。
【０００６】
ところで、上記の太陽電池をモジュール化した製品として市場で普及させるには、太陽電池セルの性能向上とは別に、モジュールとしての耐候性， 信頼性の向上，および製造の容易な量産技術の開発が重要な課題となる。
【０００７】
かかる点、従来の太陽電池モジュールの製造方法では、フレキシブルな長尺シートの基板上に前記した集積形直列接続構造になる薄膜太陽電池セルをロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ） プロセスにより連続して形成した長尺シート状の太陽電池から所定サイズのセルを裁断し、続くモジュール組立工程では、各枚葉ごとにセルの表，裏両面に、耐候性を有するＥＴＦＥ樹脂などを材料とするシート状の表面保護材、およびゴムに似た柔軟性のあるシート状のＥＶＡ樹脂を接着剤兼用の保護材として重ね合わせた上で、真空ラミネータを使って一体にラミネートし、さらに裏面側に電力取出し用の端子ボックスを取り付けて太陽電池モジュールを構成している。
【０００８】
また、太陽電池モジュールの製造工程をある程度自動化して生産性の向上，コスト低減化を図るために、前記した封止材， 保護材をあらかじめ重ね合わせてシート供給部に巻き付けた長尺なシートを供給部から繰り出し、そのシート搬送路の途上に所定サイズに裁断した太陽電池セルを供給して封止材， および表面， 背面保護材をサンドイッチ状に重ね合わせ、その後に封止材， 保護材を太陽電池セルのサイズに裁断した上で真空ラミネータを使ってセルと一体化するようにした製造方法（ロール法）も知られている。
【０００９】
上記した太陽電池モジュールは軽量で柔軟性があり、屋根材一体形モジュールなどとして住宅の屋根に設置して使用するのに適しているが、長期使用中に、最表面の保護材（ＥＴＦＥ）に生じた切り傷，ピンホールを通して内部に浸透した雨水， 光，熱に起因して起きる封止材（ＥＶＡ）の加水分解で発生した酢酸などの腐食性物質が太陽電池セルの表面電極を浸食し、このために太陽電池セルが早期に劣化するといった信頼性，耐久性の問題がある。
【００１０】
一方、太陽電池セルの劣化防止策として、セルの表面電極に透明樹脂塗料のコート材を塗装した上で、太陽電池セルの表，裏両面を耐候性の高い保護材（ＥＴＦＥ）および封止材（ＥＶＡ）をラミネートして封止した構成の太陽電池モジュールも知られており、特開平６−３５０１１７号公報などに開示されている太陽電池モジュールを例に、その従来例の構造を図７，図８に示す。
【００１１】
図７において、１０はフレシキブルなＳＵＳ基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ） の光電変換層， 透明電極などを付けて構成した太陽電池セル、１１は太陽電池セル１０の表面電極上に厚さ１５〜３５μｍ程度に塗装したコート材（例えばアクリルシリコン系樹脂塗料）、１２は受光面側の最表面に配した透光性の表面保護材（少なくとも片面がコロナ放電処理された厚み５０μｍ以下のＥＴＦＥシート）、１３は背面保護材（表面に腐食防止用のアルミニウム−亜鉛合金を形成した薄鉄板）、１４，１５は太陽電池セル１０と前記保護材１２，１３の間に介挿して接着する厚み０．４〜０．８ｍｍの封止材（ＥＶＡ）、１６は背面保護材１３の裏面側に接着剤１７で貼り付けた端子ボックスである。
【００１２】
上記構成の太陽電池モジュールでは、太陽電池セル１０の表，裏両面に保護材１２，１３および充填材１４，１５を貼り合わせた後、真空ラミネータを用いて約１２０〜１６０℃の加熱温度で一体化し、さらに乾燥機を使用して約１３０〜１６０℃の温度でＥＶＡを硬化 （キュア） させる。その後に、図８に示すように、太陽電池セル１０の集電電極に設けた出力端子１８にリード線１９を半田付けしてモジュールの背面側に引出し、ここに端子ボックス１６を取付けて外部リード線と接続する。なお、図８において、前記コート材１１の図示は省略している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来構成の太陽電池モジュールでは次に記すような問題点がある。すなわち、
（１） 図７に示した従来例の構成のように、太陽電池セル１０の表面に保護用のコート材１１として溶剤形アクリルシリコン系樹脂塗料を塗装した上で、セルを表面保護材（ＥＴＦＥ）１２，封止材（ＥＶＡ）１４で封止した太陽電池モジュールでは、表面保護材に生じた切り傷，ピンホールを通じて外部から雨水などが封止材１４に浸透した場合に、前記のコート材１１が吸湿により変質して白化現象を引き起し、このために太陽電池セルの有効な受光量が減少して発電出力が低下するおそれがある。
【００１４】
（２） 太陽電池セル１０の表面に前記のコート材１１を塗装した場合には、後処理工程として太陽電池セルを乾燥炉に搬入し溶剤を除去するほか、除去した溶剤を無害化する処理設備も必要となって製品がコスト高となる。
【００１５】
（３） 太陽電池セル１０の表，裏両面に保護材，封止材を貼り合わせた後に、真空ラミネータを用いて一体化させるようにしているために、その処理に長い時間がかかる。
【００１６】
（４） さらに、太陽電池セル１０に保護材，封止材をラミネートした後の状態で、保護材，封止材を局部的に切り剥がしてセルの出力端子１８にリード線１９を接続（半田付け）した上で、リード線をモジュールの背面側に引き出すには手作業に頼らざるを得ず、しかもリード線１８の引出し部から水が内部に浸入するのを防ぐためには、この部分を接着剤，充填材などで入念に封止する必要があって作業に手間がかかる。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決して太陽電池モジュールの高信頼性と耐久性を確保し、併せて真空ラミネータを使わずに太陽電池セルに保護材，封止材をラミネートするロール法に対応したモジュール構造，および太陽電池セルの出力端子構造を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、太陽電池セルを挟んで、その受光面側にシート状の透光性表面保護材，および該表面保護材を接着する透光性の封止材を、裏面側にはシート状の背面保護材および該背面保護材を接着する封止材をラミネートして太陽電池セルを封止した構成になる太陽電池モジュールにおいて、
第１の発明では、太陽電池のセル表面，裏面の少なくとも一方の面にフィルム状のセル保護膜を直接被着するものとし、ここで前記の保護材はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、封止材は過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）として、セル保護膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲である４フッ化エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）とする（請求項１）。
【００１９】
また、前記モジュールの太陽電池セルは、両面に金属電極を形成したシート状のプラスチック基板の上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）からなる薄膜光電変換層，およびＩｎとＳｎを主成分とする透明電極を付けて構成した薄膜太陽電池とする（請求項２）。
【００２０】
上記構成のように、太陽電池セルの表面にフッ素系樹脂で作られたフィルム状のセル保護膜を被着し、かつその保護膜の表面組成を前記のように規定することにより、フィルム状のセル保護膜と太陽電池セルの表面電極とが次記のように接着性よく一体化する。すなわち、セル保護膜（フッ素系樹脂）の表面に構成されたＣＯＯＨ、ＯＨ、ＮＨ２ 基と太陽電池セルの透明電極のＩｎＯｘＳｎＯｘとが水素結合されると推定される。これにより、セル保護膜が、モジュールの使用中に外部から浸透した水分，光，熱などによる封止材（ＥＶＡ）の加水分解で発生する酢酸等の腐食性物質から太陽電池セルを保護して太陽電池モジュールの信頼性，耐久性を高めることができる。しかも、セル保護膜をフィルムとして太陽電池セルの表面に直接被着することで、図７のようにセル表面にコート材（塗料）を塗布した従来例と比べて塗料の溶剤を除去する後処理も必要なく、また外部から浸入する湿気でコート材が白化現象を引き起こして太陽電池セルの出力を低下させるおそれもなくなる。
【００２１】
また、前記構成の太陽電池モジュールを製造するに際し、太陽電池セルの外形寸法を基準として、前記のセル保護膜， 封止材， 保護材の各幅寸法を、太陽電池セル＜セル保護膜≦封止材＜保護材の順に設定し、巻取りロールから繰り出したシート状のセル保護膜， 封止材， 保護材を太陽電池セルの表面， 裏面に重ね合わせ、ラミネートロールにより加熱，加圧してラミネートする（請求項３）ことにより、ラミネート工程でラミネートロールに封止材（接着剤）が付着する不具合もなく、しかも真空ラミネータを使わずに太陽電池セルの周縁を封止材，保護材で確実に封止できる。
【００２２】
さらに、本発明によれば、前記のロール法で製造する太陽電池モジュールに対応して、太陽電池セルの出力端子となるリード線の引出しを次記のように行なう。すなわち、前記太陽電池セルのリード線引出し電極は、接着剤， 耐熱性絶縁フィルムを介してセルの裏面に箔状の金属板を貼り付けたものとし、その貼着面域から側方に引出した金属板の接続部を多点に分けて太陽電池セルの電極面に導電接合した上で、金属板の一部を、背面保護材および封止材に開口した配線用穴を通じて、モジュールの裏面側に取付ける端子ボックスの外部リード線と電気的に接続する（請求項４）。
【００２３】
このように、リード線引出し電極を薄い箔状金属板として絶縁フィルム，接着剤により太陽電池セルの背面に貼り付けることで、太陽電池のセル面との間に殆ど段差が生じることがなく、これにより前記したロール法による太陽電池セルと保護材，封止材とのラミネート工程を支障なく行うことができる。また、金属板の接続部を櫛歯状に形成するなどしてセルの電極との導電接続を多点に分けて接合するにより、モジュールのラミネート工程で加わる熱収縮，太陽電池セルとの熱膨張係数差などにより金属板の接続部に加わる応力集中を分散させて信頼性の高い接続状態が得られる。しかも、太陽電池セルに封止材，保護材をラミネートした状態では、金属板の板面に封止材が接着するので、金属板をある程度の大きさに形成しておくことにより、保護材，封止材に開口した配線穴からモジュール内部に水分が浸入するのを防止できるほか、この配線穴を介してモジュールの裏面側に取付ける端子ボックスのリード線と金属板（リード線引出し電極）との接続（半田付け）が簡単に行え、この半田付け作業の自動化も容易となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図７，図８に対応する部材には同じ符号を付している。
【００２５】
まず、図１は太陽電池モジュールを模式的に表した構成図であり、図示のように太陽電池セル１０を挟んでその受光面側には、セルの透明電極面にフィルム状のセル保護膜２０を被着させた上で、その上に最表面側から透光性の表面保護材（ＥＴＦＥ）１２，透光性の封止材（ＥＶＡ）１４をラミネートし、また太陽電池セル１０の裏面側には、背面保護材（ＥＴＦＥ）１３および封止材（ＥＶＡ）１５をラミネートして一体化した構成になる。
【００２６】
ここで、太陽電池セル１０は、図６で述べたように両面に裏面電極４，背面電極５となる金属電極を形成したシート状のプラスチック基板（アラミド樹脂，ポリイミド樹脂）１にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）の薄膜光電変換層２，およびＩｎとＳｎを主成分とする透明電極３を付けた構成のプラスチック基板の薄膜太陽電池とする。
【００２７】
一方、透光性の表面保護材１２、および背面保護材１３は、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）で作られた厚さ３６μｍのシートで、接着剤（封止材）との親和性を高めるようコロナ放電処理を施しており、表面保護材１２は透明まま使用し、背面保護材１３は黒色に着色されている。
【００２８】
なお、背面保護材１３は、ＥＴＦＥに限定されるものではなく、ＦＥＰ，ＰＥＴ，ＰＥＮ，ポリプロピレン樹脂，環状脂肪族−ポリエチレン共重合体，ポリシクロペンテン樹脂（ＴＰＸ），ポリカーボネート，アクリル樹脂のシート、およびこれらのシートの少なくとも片面にＳｉＯｘ， ＳｉＯｘとＡｌＯｘとの混合物を蒸着した樹脂シート、およびアルミ箔， 鉄箔などの両面もしくは片面に樹脂フィルムシートを接着剤で貼り付けたシートを用いることができる。
【００２９】
また、保護材１２，１３を貼り付ける接着剤を兼用する封止材１４，１５は、過酸化物を架橋剤として酢酸ビニルのモノマーとエチレンを共重合させた過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）で作られた厚さは０．４ｍｍのシートである。
【００３０】
さらに、セル保護膜２０は、ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面（保護膜の最表面からの分析深さは数〜１０ｎｍ）の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲である４フッ化エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）で作られた厚み２５μｍのフィルムであり、これらのセル保護膜，封止材および保護材を、次記のロール法により太陽電池セル１０の表，裏両面にラミネートして太陽電池モジュールを構成する。なお、この場合に、太陽電池セル１０の幅寸法ｄ０ を基準として、セル保護膜２０，封止材１４，１５，および表面保護材１２，背面保護材１３の幅寸法ｄ１，ｄ２，ｄ３ は、図示のようにｄ０ ＜ｄ１ ＜ｄ２ ＜ｄ３ の関係になるように定めておく。具体的な数値例として、太陽電池セル１０の幅寸法が４００ｍｍとして、セル保護膜２０のシート幅を４１０ｍｍ，封止材１４，１５のシート幅を４４０ｍｍ，表面，背面保護材１２，１３のシート幅を４５０ｍｍに設定する。
【００３１】
次に、ロール法によって行う太陽電池モジュールの製造方法を図２，図３により説明する。まず、図２は太陽電池セル１０に先記の保護材，封止材およびセル保護膜をラミネートするモジュール製造工程を示し、ここでセル保護膜２０は長尺な帯状シートの状態でシート供給部２１に巻いておく。一方、表面保護材１２と封止材１４，および背面保護材１３と封止材１５は、あらかじめシート状の保護材と封止材を貼り合わせてシート供給部２２，２３に巻いておく。また、太陽電池セル１０の搬送経路には、太陽電池セルマウント装置２４，供給部２１から繰り出したセル保護膜２０をセル上面に貼り付けるラミネートロール２５，および供給部２２，２３から繰り出したシートをセルの上下面に貼り合わせる上下一対のラミネートロール２６を装備している。
【００３２】
そして、モジュール製造工程では、シート供給部２１，２２，２３からセル保護膜２０，表面保護材１２と封止材１４，および背面保護材１３と封止材１５を繰り出し、あらかじめ定サイズに裁断して供給した太陽電池セル１０に対して、まず太陽電池セルマウント装置２４の上でセル上面にセル保護膜２０をラミネートロール２５による加熱，加圧操作で貼り付ける。次に、ラミネートロール２６の加熱，加圧操作により、セルの上下両面に表面保護材１２と封止材１４，および背面保護材１３と封止材１５を重ね合わせて一体にラミネートし、その後に太陽電池セル１０の外形サイズに合わせてシートを枚葉に裁断する。なお、ラミネートロール２５は１３０℃，ラミネートロール２６は１５０℃に加熱しておき、１ｍ／分程度の搬送速度でシートを繰り出してラミネート操作を行うようにしている。
【００３３】
また、前記のラミネート工程を経て定サイズの枚葉に裁断されたモジュールは、図３のように鋼板２８と厚み３ｍｍ，硬度５０程度のシリコーンゴム２９の間に挟んで積み重ね、炉内温度１５０℃の加熱炉で約１時間加熱処理して封止材（ＥＶＡ）をキュアさせる。その後に後記のように端子ボックスを取付けて太陽電池モジュールが完成する。
【００３４】
上記のように、表面組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲となるようにコロナ放電処理したフッ素系樹脂フィルムをセル保護膜２０として太陽電池セル１０の透明電極に貼り付けると、セル保護膜（フッ素系樹脂フィルム）の表面に構成されたＣＯＯＨ、ＯＨ、ＮＨ２ 基と太陽電池セルの透明電極のＩｎＯｘＳｎＯｘとが水素結合されて透明電極とセル保護膜２０とが一体化し、これにより水分，光，熱などにより起こる封止材（ＥＶＡ）１４の加水分解で発生する酢酸などの腐食性物質で透明電極が浸食されないように太陽電池セルを安全に保護できる。
【００３５】
なお、セル保護膜２０はその表面組成の酸素量が５ａｔ％未満であると、太陽電池セルの透明電極との間の接着力が低下してセル保護膜２０と透明電極との間に水分が浸入し易くなる。また、表面組成の窒素量が１ａｔ％未満では、太陽電池セル１０の基板材料（アラミド樹脂，ポリイミド樹脂）との接着力が低下して前記と同様に水分浸入の原因となる。さらに、前記とは逆に表面組成の酸素量，窒素量が前記の規定範囲を超えて多くすると、そのコロナ放電処理に長時間が掛かるし、特に表面組成の酸素量が１５ａｔ％を超えると表面の酸化層の厚みが増し、これがセル保護膜のフィルムから脱離してセルとの間の接着力が低下する傾向が見られることが認められる。
【００３６】
次に、太陽電池セル１０に設けた本発明によるリード線の引出し方法について、図４（ａ） 〜（ｃ） で説明する。すなわち、太陽電池セル１０の裏面側にはリード線引出し電極３０として、銅箔の基材に半田メッキ，錫メッキ，あるいは錫と銀の合金をメッキ法または浸漬，溶射法などで覆った金属板３０ａを、接着剤３１，耐熱性（耐熱温度１５０℃以上）の絶縁フィルム３２，接着剤３３を介して太陽電池セル１０の背面に貼り付けた上で、その接着面域から側方に引出した金属板の接続部３０ｂをセルの集電電極に導電性粘着テープ３４で貼り付けて導電接続するようにしている。
【００３７】
ここで、図示例の金属板３０ａは銅箔に錫メッキした厚み５０μｍ，外形サイクルが５ｃｍ角のもので、側方に引き出した接続部３０ｂには１０ｍｍ間隔に並ぶ櫛歯を形成している。また、絶縁フィルム３２にはサイズ５５ｍｍ×４０ｍｍ，厚み２５ｍｍのカプトンフィルム（ポリイミド）を、接着剤３１，３３には貯蔵弾性率１０７ Ｐａ以下の接着剤を、さらに導電性粘着テープ３４には導電粘着材付きアルミテープを用いている。
【００３８】
なお、リード線引出し電極３０は金属板，絶縁フィルム，接着剤を含めた合計厚さが０．２ｍｍ以下に収まるように、金属板３０ａの銅箔厚みは０．０５ｍｍ程度の箔とし、また銅箔にコーティングした半田，錫メッキなどは、銅基材の酸化防止と製造時間の関係から厚みを１〜５μｍとする。また、絶縁フィルム３２としてはポリイミドのほか、アラミド，ポリエチレンナフタレート，液晶系ポリエステル樹脂のフィルムなどが挙げられ、厚みは５０μｍ以下，好ましくは２５μｍとする。さらに、接着剤３１，３３の層厚は５０μｍ以下，好ましくは３０μｍとする。この理由は、リード線引出し電極３０の全体が厚くなると、太陽電池セル１０に取付けた際に薄膜の太陽電池セルが変形したり、リード線引出し電極３０の接続部に応力が集中して接続状態が剥離したりするおそれがあるためである。
【００３９】
かかる点、リード線引出し電極３０を前記のように薄形構造で形成することでセルの変形，応力集中のおそれが少なくなり、かつ太陽電池セルとの間の凹凸段差が殆ど発生しないので、図２で述べたロール法によって太陽電池モジュールを製造する場合でも、ラミネートロール２６の加圧により封止材１５，背面保護材１３を支障なく密着させてラミネートでき、またリード線引出し電極自身に可撓性があるので太陽電池モジュールの巻取りも可能である。
【００４０】
また、リード線引出し電極３０の接続部３０ｂを図示例のように櫛歯状に形成してセルとの間で多点に分けて導電接続することで、モジュールのラミネート工程での加熱による熱収縮，太陽電池セルとの熱膨張係数差などにより金属板３０ａの接続部３０ｂに加わる応力集中を分散させて信頼性の高い接続状態が確保できる。なお、図示例では、リード線引出し電極３０の接続部３０ｂを櫛歯状に形成してセルに多点接続するようにしているが、櫛歯状にする代わりに接続部３０ｂの板面に沿って３〜８ｍｍφの穴を分散開口してセルに多点接続するようにすることもできる。また接続部３０ｂとセルとの導電接続手段に導電性粘着テープ３４を用いているが、粘着テープの代わりに半田付けして接続してもよい。
【００４１】
上記のリード線引出し電極３０は、モジュール化する以前の段階で太陽電池セル１０に設けておき、図２で述べた製造方法で保護材，封止材をラミネートした状態で、図５で示すようにリード線引出し電極３０の金属板３０ａに対応して背面保護材１３，封止材１５に１０ｍｍφの配線穴３５を開口し、封止材（ＥＶＡ）をキュア（図３参照）した後の状態で、端子ボックス１６から引出したリード線（ばね性のある導体）を前記配線用穴３５を通してリード線引出し電極３０の金属板面に半田付けし、最後に前記の配線穴３５を塞ぐように端子ボックス１６を接着剤１７でモジュールの背面に密着して固定する。
【００４２】
この場合に、実際の製品では前記の配線穴３５の深さは１ｍｍ以下であり、かつこの穴の底部にはリード線引出し電極３０の金属板３０ａ（図４参照）が直接露呈しており、これにより端子ボックス１６から引出したリード線１９の半田付けが簡単に行え、この半田付け作業を自動化して行うことも可能である。しかも、太陽電池セルに封止材，保護材をラミネートした状態では、金属板３０ａの板面に密着して封止材１５が接着されているので、金属板を例えば５ｃｍ角の大きさにしておくことにより、その板面中央に位置を合わせて保護材，封止材に開口した配線穴３５と金属板３０ａの周縁との間に長い封止経路が確保されるので、配線穴３５を通じて外部からモジュール内に水分が浸入するのを確実に防止できる。
【００４３】
なお、図５において、セル保護膜２０は図示を省略している。また先記した図示実施例では、セル保護膜２０を太陽電池セルの受光面側で透明電極の表面にのみ被着しているが、太陽電池モジュールの据え付け場所の条件などでモジュールの背面側も雨水などで濡れ易い場合には、セル保護膜を太陽電池セルの裏面にも被着することができ、これによりより一層の信頼性が向上する。
【００４４】
次に、先記の実施例に基づいて製作した太陽電池モジュールについて、発明者等が行った高温高湿放置試験，ヒートサイクル試験，ウエザロ試験でその信頼性を評価した結果を表１に示す。
【００４５】
なお、表１において、供試試料１は先記した図示実施例の太陽電池モジュール、供試試料２は図示実施例のセル保護材２０を太陽電池セル１０の裏面側に変えて被着した構成になるものである。また、比較例１は前記のセル保護材２０を省いた以外は図示実施例と同様に構成したもの、比較例２は供試試料１と同じ構成であるが、セル保護膜２０については、ＥＳＣＡで測定した表面の組成が酸素量２ａｔ％，窒素量０．５ａｔ％のＦＥＰフィルムとなるようにした。
【００４６】
また、表中の高温高湿放置試験は、８５℃，９５％ＲＨの周囲条件で太陽電池モジュールを放置し、３００ｈごとに太陽電池の変換効率を測定した。また、ヒートサイクル試験は、３ｈサイクルで周囲温度を経時的に−４０℃〜＋９０℃に変化させて太陽電池の変換効率を測定した。さらに、ウエザロ試験では、キセノンランプウエザロ試験機を使用し、光量１ＳＵＮ（１Ｋｗ／ｍ２ ），モジュール温度７０℃，湿度６０％で太陽電池の経時的な変換効率の変化を測定した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１から判るように、本発明による太陽電池モジュールは、比較例に比べて高温高湿放置試験の寿命が２倍以上になり、高信頼性と耐久性の得られることが確認された。なお、表１において、比較例２が比較例１に比べて高温高湿放置試験結果が悪い理由は、セル表面と保護膜の接着性が悪い場合、水分が界面にたまることによると考えられる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、太陽電池セルを挟んで、その受光面側にシート状の透光性表面保護材，および該表面保護材を接着する透光性の封止材を、裏面側にはシート状の背面保護材，および該背面保護材を接着する封止材をラミネートして太陽電池セルを封止した構成になる太陽電池モジュールにおいて、太陽電池のセル表面，裏面の少なくとも一方の面にフィルム状のセル保護膜を直接被着するものとし、ここで前記の表面保護材はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、封止材は過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）として、セル保護膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲である４フッ化エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）としたことにより、
太陽電池セルとの接着性が向上し、従来構成の太陽電池モジュールで問題となっていた湿気の浸透に起因する太陽電池セルの劣化を抑えて信頼性，耐久性に優れた効果を発揮する太陽電池モジュールを提供することできる。
【００５０】
また、当該太陽電池モジュールをロール法で製造するに際して、太陽電池セルの外形寸法を基準として、前記のセル保護膜， 封止材， 保護材の各幅寸法を、太陽電池セル＜セル保護膜≦封止材＜保護材の順に設定し、巻取りロールから繰り出したシート状のセル保護膜， 封止材， 保護材を太陽電池セルの表面， 裏面に重ね合わせ、ラミネートロールにより加熱，加圧してラミネートした請求項３の製造方法により、ラミネート工程でラミネートロールに封止材（接着剤）が付着する不具合もなく、しかも真空ラミネータを使わずに太陽電池セルの周縁を確実に封止できる。
【００５１】
さらに、太陽電池セルの出力端子となるリード線の引出しを次記のように行なう。すなわち、太陽電池セルの裏面に接着剤， 耐熱性絶縁フィルムを介して箔状の金属板を貼り付け、かつその貼着面域から側方に引出した金属板の接続部を多点に分けてセルの電極面に導電接合した上で、金属板の一部を背面保護材および封止材に開口した配線用穴を通じてモジュールの裏面側に臨ませ、ここに取付ける端子ボックスのリード線と半田付けして接続するようにした請求項４の製造方法により、ロール法による太陽電池モジュールの製造法にも対応して信頼性の高い導電接続が行えるほか、高い防水性を確保しつつ端子ボックスを取付ける際のリード線と電極との半田付けが容易で半田付けの自動化も容易となるなどの実用的効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による太陽電池モジュールの模式構成図
【図２】図１の太陽電池モジュールのロール法による製造工程図
【図３】図２のロール法で製造した太陽電池モジュールのキュア工程の説明図
【図４】本発明の実施例によるリード線引出し電極の構成図で、（ａ） は太陽電池セル全体の裏面図、（ｂ），（ｃ） はそれぞれ（ａ） におけるＡ−Ａ，Ｂ−Ｂの拡大断面図
【図５】図４のリード線引出し電極に端子ボックスのリード線を接続する以前の状態を表した断面図
【図６】プラスチックフィルム基板形薄膜太陽電池のセル構造図
【図７】従来例の太陽電池モジュールを表した模式構成図
【図８】図７における端子ボックス部周辺の詳細構造を表す断面図
【符号の説明】
１ 太陽電池セルの基板
２ 光電変換層
３ 透明電極
４ 裏面電極
５ 背面電極
１０ 太陽電池セル
１２ 透光性の表面保護材
１３ 背面保護材
１４，１５ 封止材
１６ 端子ボックス
１９ リード線
２０ フィルム状のセル保護膜
２１〜２３ シート供給部
２５，２６ ラミネートロール
２７ 太陽電池モジュール
３０ リード線引出し電極
３０ａ 金属板
３０ｂ 接続部
３１，３３ 接着剤
３２ 絶縁フィルム
３４ 導電性粘着テープ
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックなどのフレキシブルなシート状基板に薄膜光電変換層， 透明電極， 接続電極を付けて構成した太陽電池セルに対し、その表， 裏両面に耐候性の高い保護材，および封止材を被着して一体に封止したラミネート構造になる太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記した太陽電池セルとして、在来のガラス基板に代わるフレシキブルなプラスチックシートを基板として、この基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）形の薄膜半導体層からなる光電変換素子，透明電極，接続電極をパターンニングして複数ユニットセルの直列接続構造を構成した薄膜太陽電池の開発が進められており、その一例として本発明と同一出願人よりいわゆるＳＣＡＦ（Ｓｅｒｉｅｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ ｏｎ Ｆｉｌｍ） と名付けた集積形直列接続構造の薄膜太陽電池が特開平１０−２３３５１７号，特開２０００−２２３７２７号などで提案されている。
【０００３】
次に、前記提案になる薄膜太陽電池のセル構造を図６に示す。図において、１はシート状のプラスチック基板、２は光電変換層（アモルファスシリコン層）、３はＩｎとＳｎを主成分とする透明電極、４は基板１の上面に蒸着形成した光電変換層２の裏面電極、５はプラスチック基板１の裏面に蒸着した背面電極（接続電極）、６はプラスチック基板１を貫通して透明電極３と背面電極５との間を接続する集電ホール（スルーホール）、７は背面電極５と裏面電極４との間を接続する直列ホールであり、透明電極３，光電変換層２，および裏面電極４はセル分割溝８をレーザースクライブして複数のユニットセル領域に分離され、さらにこのユニットセル領域に対応してプラスチック基板１の背面電極５もセル分割溝９で分離されている。
【０００４】
かかる構成で、太陽光は透明電極３を透過して光電変換層２に入射し、各ユニットセル領域の光電変換層２で発電した電流は透明電極３に集められる。また、透明電極３は、集電ホール６→背面電極５→直列ホール７を経て隣接するユニットセルの裏面電極４に接続されており、これにより複数ユニットセルの直列接続構造を形成している。
【０００５】
この薄膜太陽電池は電池製造のための材料入手の制約が少なく、かつ量産性に優れていること、さらに軽量で屋根等への敷設も容易であることなどから、将来の太陽電池の主流として大きな期待が寄せられており、特にプラスチック等のフレキシブルな材料を基板とした前記構造では、その柔軟性を活かした用途への適用も考えられ、今後さらに普及化が進むものと予想される。
【０００６】
ところで、上記の太陽電池をモジュール化した製品として市場で普及させるには、太陽電池セルの性能向上とは別に、モジュールとしての耐候性， 信頼性の向上，および製造の容易な量産技術の開発が重要な課題となる。
【０００７】
かかる点、従来の太陽電池モジュールの製造方法では、フレキシブルな長尺シートの基板上に前記した集積形直列接続構造になる薄膜太陽電池セルをロール・ツー・ロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ） プロセスにより連続して形成した長尺シート状の太陽電池から所定サイズのセルを裁断し、続くモジュール組立工程では、各枚葉ごとにセルの表，裏両面に、耐候性を有するＥＴＦＥ樹脂などを材料とするシート状の表面保護材、およびゴムに似た柔軟性のあるシート状のＥＶＡ樹脂を接着剤兼用の保護材として重ね合わせた上で、真空ラミネータを使って一体にラミネートし、さらに裏面側に電力取出し用の端子ボックスを取り付けて太陽電池モジュールを構成している。
【０００８】
また、太陽電池モジュールの製造工程をある程度自動化して生産性の向上，コスト低減化を図るために、前記した封止材， 保護材をあらかじめ重ね合わせてシート供給部に巻き付けた長尺なシートを供給部から繰り出し、そのシート搬送路の途上に所定サイズに裁断した太陽電池セルを供給して封止材， および表面， 背面保護材をサンドイッチ状に重ね合わせ、その後に封止材， 保護材を太陽電池セルのサイズに裁断した上で真空ラミネータを使ってセルと一体化するようにした製造方法（ロール法）も知られている。
【０００９】
上記した太陽電池モジュールは軽量で柔軟性があり、屋根材一体形モジュールなどとして住宅の屋根に設置して使用するのに適しているが、長期使用中に、最表面の保護材（ＥＴＦＥ）に生じた切り傷，ピンホールを通して内部に浸透した雨水， 光，熱に起因して起きる封止材（ＥＶＡ）の加水分解で発生した酢酸などの腐食性物質が太陽電池セルの表面電極を浸食し、このために太陽電池セルが早期に劣化するといった信頼性，耐久性の問題がある。
【００１０】
一方、太陽電池セルの劣化防止策として、セルの表面電極に透明樹脂塗料のコート材を塗装した上で、太陽電池セルの表，裏両面を耐候性の高い保護材（ＥＴＦＥ）および封止材（ＥＶＡ）をラミネートして封止した構成の太陽電池モジュールも知られており、特開平６−３５０１１７号公報などに開示されている太陽電池モジュールを例に、その従来例の構造を図７，図８に示す。
【００１１】
図７において、１０はフレシキブルなＳＵＳ基板上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ） の光電変換層， 透明電極などを付けて構成した太陽電池セル、１１は太陽電池セル１０の表面電極上に厚さ１５〜３５μｍ程度に塗装したコート材（例えばアクリルシリコン系樹脂塗料）、１２は受光面側の最表面に配した透光性の表面保護材（少なくとも片面がコロナ放電処理された厚み５０μｍ以下のＥＴＦＥシート）、１３は背面保護材（表面に腐食防止用のアルミニウム−亜鉛合金を形成した薄鉄板）、１４，１５は太陽電池セル１０と前記保護材１２，１３の間に介挿して接着する厚み０．４〜０．８ｍｍの封止材（ＥＶＡ）、１６は背面保護材１３の裏面側に接着剤１７で貼り付けた端子ボックスである。
【００１２】
上記構成の太陽電池モジュールでは、太陽電池セル１０の表，裏両面に保護材１２，１３および充填材１４，１５を貼り合わせた後、真空ラミネータを用いて約１２０〜１６０℃の加熱温度で一体化し、さらに乾燥機を使用して約１３０〜１６０℃の温度でＥＶＡを硬化 （キュア） させる。その後に、図８に示すように、太陽電池セル１０の集電電極に設けた出力端子１８にリード線１９を半田付けしてモジュールの背面側に引出し、ここに端子ボックス１６を取付けて外部リード線と接続する。なお、図８において、前記コート材１１の図示は省略している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来構成の太陽電池モジュールでは次に記すような問題点がある。すなわち、
（１） 図７に示した従来例の構成のように、太陽電池セル１０の表面に保護用のコート材１１として溶剤形アクリルシリコン系樹脂塗料を塗装した上で、セルを表面保護材（ＥＴＦＥ）１２，封止材（ＥＶＡ）１４で封止した太陽電池モジュールでは、表面保護材に生じた切り傷，ピンホールを通じて外部から雨水などが封止材１４に浸透した場合に、前記のコート材１１が吸湿により変質して白化現象を引き起し、このために太陽電池セルの有効な受光量が減少して発電出力が低下するおそれがある。
【００１４】
（２） 太陽電池セル１０の表面に前記のコート材１１を塗装した場合には、後処理工程として太陽電池セルを乾燥炉に搬入し溶剤を除去するほか、除去した溶剤を無害化する処理設備も必要となって製品がコスト高となる。
【００１５】
（３） 太陽電池セル１０の表，裏両面に保護材，封止材を貼り合わせた後に、真空ラミネータを用いて一体化させるようにしているために、その処理に長い時間がかかる。
【００１６】
（４） さらに、太陽電池セル１０に保護材，封止材をラミネートした後の状態で、保護材，封止材を局部的に切り剥がしてセルの出力端子１８にリード線１９を接続（半田付け）した上で、リード線をモジュールの背面側に引き出すには手作業に頼らざるを得ず、しかもリード線１８の引出し部から水が内部に浸入するのを防ぐためには、この部分を接着剤，充填材などで入念に封止する必要があって作業に手間がかかる。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決して太陽電池モジュールの高信頼性と耐久性を確保し、併せて真空ラミネータを使わずに太陽電池セルに保護材，封止材をラミネートするロール法に対応したモジュール構造，および太陽電池セルの出力端子構造を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、太陽電池セルを挟んで、その受光面側にシート状の透光性表面保護材，および該表面保護材を接着する透光性の封止材を、裏面側にはシート状の背面保護材および該背面保護材を接着する封止材をラミネートして太陽電池セルを封止した構成になる太陽電池モジュールにおいて、
第１の発明では、太陽電池のセル表面，裏面の少なくとも一方の面にフィルム状のセル保護膜を直接被着するものとし、ここで前記の保護材はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、封止材は過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）として、セル保護膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲である４フッ化エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）とする（請求項１）。
【００１９】
また、前記モジュールの太陽電池セルは、両面に金属電極を形成したシート状のプラスチック基板の上にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）からなる薄膜光電変換層，およびＩｎとＳｎを主成分とする透明電極を付けて構成した薄膜太陽電池とする（請求項２）。
【００２０】
上記構成のように、太陽電池セルの表面にフッ素系樹脂で作られたフィルム状のセル保護膜を被着し、かつその保護膜の表面組成を前記のように規定することにより、フィルム状のセル保護膜と太陽電池セルの表面電極とが次記のように接着性よく一体化する。すなわち、セル保護膜（フッ素系樹脂）の表面に構成されたＣＯＯＨ、ＯＨ、ＮＨ２ 基と太陽電池セルの透明電極のＩｎＯｘＳｎＯｘとが水素結合されると推定される。これにより、セル保護膜が、モジュールの使用中に外部から浸透した水分，光，熱などによる封止材（ＥＶＡ）の加水分解で発生する酢酸等の腐食性物質から太陽電池セルを保護して太陽電池モジュールの信頼性，耐久性を高めることができる。しかも、セル保護膜をフィルムとして太陽電池セルの表面に直接被着することで、図７のようにセル表面にコート材（塗料）を塗布した従来例と比べて塗料の溶剤を除去する後処理も必要なく、また外部から浸入する湿気でコート材が白化現象を引き起こして太陽電池セルの出力を低下させるおそれもなくなる。
【００２１】
また、前記構成の太陽電池モジュールを製造するに際し、太陽電池セルの外形寸法を基準として、前記のセル保護膜， 封止材， 保護材の各幅寸法を、太陽電池セル＜セル保護膜≦封止材＜保護材の順に設定し、巻取りロールから繰り出したシート状のセル保護膜， 封止材， 保護材を太陽電池セルの表面， 裏面に重ね合わせ、ラミネートロールにより加熱，加圧してラミネートする（請求項３）ことにより、ラミネート工程でラミネートロールに封止材（接着剤）が付着する不具合もなく、しかも真空ラミネータを使わずに太陽電池セルの周縁を封止材，保護材で確実に封止できる。
【００２２】
さらに、本発明によれば、前記のロール法で製造する太陽電池モジュールに対応して、太陽電池セルの出力端子となるリード線の引出しを次記のように行なう。すなわち、前記太陽電池セルのリード線引出し電極は、接着剤， 耐熱性絶縁フィルムを介してセルの裏面に箔状の金属板を貼り付けたものとし、その貼着面域から側方に引出した金属板の接続部を多点に分けて太陽電池セルの電極面に導電接合した上で、金属板の一部を、背面保護材および封止材に開口した配線用穴を通じて、モジュールの裏面側に取付ける端子ボックスの外部リード線と電気的に接続する（請求項４）。
【００２３】
このように、リード線引出し電極を薄い箔状金属板として絶縁フィルム，接着剤により太陽電池セルの背面に貼り付けることで、太陽電池のセル面との間に殆ど段差が生じることがなく、これにより前記したロール法による太陽電池セルと保護材，封止材とのラミネート工程を支障なく行うことができる。また、金属板の接続部を櫛歯状に形成するなどしてセルの電極との導電接続を多点に分けて接合するにより、モジュールのラミネート工程で加わる熱収縮，太陽電池セルとの熱膨張係数差などにより金属板の接続部に加わる応力集中を分散させて信頼性の高い接続状態が得られる。しかも、太陽電池セルに封止材，保護材をラミネートした状態では、金属板の板面に封止材が接着するので、金属板をある程度の大きさに形成しておくことにより、保護材，封止材に開口した配線穴からモジュール内部に水分が浸入するのを防止できるほか、この配線穴を介してモジュールの裏面側に取付ける端子ボックスのリード線と金属板（リード線引出し電極）との接続（半田付け）が簡単に行え、この半田付け作業の自動化も容易となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図７，図８に対応する部材には同じ符号を付している。
【００２５】
まず、図１は太陽電池モジュールを模式的に表した構成図であり、図示のように太陽電池セル１０を挟んでその受光面側には、セルの透明電極面にフィルム状のセル保護膜２０を被着させた上で、その上に最表面側から透光性の表面保護材（ＥＴＦＥ）１２，透光性の封止材（ＥＶＡ）１４をラミネートし、また太陽電池セル１０の裏面側には、背面保護材（ＥＴＦＥ）１３および封止材（ＥＶＡ）１５をラミネートして一体化した構成になる。
【００２６】
ここで、太陽電池セル１０は、図６で述べたように両面に裏面電極４，背面電極５となる金属電極を形成したシート状のプラスチック基板（アラミド樹脂，ポリイミド樹脂）１にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）の薄膜光電変換層２，およびＩｎとＳｎを主成分とする透明電極３を付けた構成のプラスチック基板の薄膜太陽電池とする。
【００２７】
一方、透光性の表面保護材１２、および背面保護材１３は、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）で作られた厚さ３６μｍのシートで、接着剤（封止材）との親和性を高めるようコロナ放電処理を施しており、表面保護材１２は透明まま使用し、背面保護材１３は黒色に着色されている。
【００２８】
なお、背面保護材１３は、ＥＴＦＥに限定されるものではなく、ＦＥＰ，ＰＥＴ，ＰＥＮ，ポリプロピレン樹脂，環状脂肪族−ポリエチレン共重合体，ポリシクロペンテン樹脂（ＴＰＸ），ポリカーボネート，アクリル樹脂のシート、およびこれらのシートの少なくとも片面にＳｉＯｘ， ＳｉＯｘとＡｌＯｘとの混合物を蒸着した樹脂シート、およびアルミ箔， 鉄箔などの両面もしくは片面に樹脂フィルムシートを接着剤で貼り付けたシートを用いることができる。
【００２９】
また、保護材１２，１３を貼り付ける接着剤を兼用する封止材１４，１５は、過酸化物を架橋剤として酢酸ビニルのモノマーとエチレンを共重合させた過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）で作られた厚さは０．４ｍｍのシートである。
【００３０】
さらに、セル保護膜２０は、ＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面（保護膜の最表面からの分析深さは数〜１０ｎｍ）の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲である４フッ化エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）で作られた厚み２５μｍのフィルムであり、これらのセル保護膜，封止材および保護材を、次記のロール法により太陽電池セル１０の表，裏両面にラミネートして太陽電池モジュールを構成する。なお、この場合に、太陽電池セル１０の幅寸法ｄ０ を基準として、セル保護膜２０，封止材１４，１５，および表面保護材１２，背面保護材１３の幅寸法ｄ１，ｄ２，ｄ３ は、図示のようにｄ０ ＜ｄ１ ＜ｄ２ ＜ｄ３ の関係になるように定めておく。具体的な数値例として、太陽電池セル１０の幅寸法が４００ｍｍとして、セル保護膜２０のシート幅を４１０ｍｍ，封止材１４，１５のシート幅を４４０ｍｍ，表面，背面保護材１２，１３のシート幅を４５０ｍｍに設定する。
【００３１】
次に、ロール法によって行う太陽電池モジュールの製造方法を図２，図３により説明する。まず、図２は太陽電池セル１０に先記の保護材，封止材およびセル保護膜をラミネートするモジュール製造工程を示し、ここでセル保護膜２０は長尺な帯状シートの状態でシート供給部２１に巻いておく。一方、表面保護材１２と封止材１４，および背面保護材１３と封止材１５は、あらかじめシート状の保護材と封止材を貼り合わせてシート供給部２２，２３に巻いておく。また、太陽電池セル１０の搬送経路には、太陽電池セルマウント装置２４，供給部２１から繰り出したセル保護膜２０をセル上面に貼り付けるラミネートロール２５，および供給部２２，２３から繰り出したシートをセルの上下面に貼り合わせる上下一対のラミネートロール２６を装備している。
【００３２】
そして、モジュール製造工程では、シート供給部２１，２２，２３からセル保護膜２０，表面保護材１２と封止材１４，および背面保護材１３と封止材１５を繰り出し、あらかじめ定サイズに裁断して供給した太陽電池セル１０に対して、まず太陽電池セルマウント装置２４の上でセル上面にセル保護膜２０をラミネートロール２５による加熱，加圧操作で貼り付ける。次に、ラミネートロール２６の加熱，加圧操作により、セルの上下両面に表面保護材１２と封止材１４，および背面保護材１３と封止材１５を重ね合わせて一体にラミネートし、その後に太陽電池セル１０の外形サイズに合わせてシートを枚葉に裁断する。なお、ラミネートロール２５は１３０℃，ラミネートロール２６は１５０℃に加熱しておき、１ｍ／分程度の搬送速度でシートを繰り出してラミネート操作を行うようにしている。
【００３３】
また、前記のラミネート工程を経て定サイズの枚葉に裁断されたモジュールは、図３のように鋼板２８と厚み３ｍｍ，硬度５０程度のシリコーンゴム２９の間に挟んで積み重ね、炉内温度１５０℃の加熱炉で約１時間加熱処理して封止材（ＥＶＡ）をキュアさせる。その後に後記のように端子ボックスを取付けて太陽電池モジュールが完成する。
【００３４】
上記のように、表面組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲となるようにコロナ放電処理したフッ素系樹脂フィルムをセル保護膜２０として太陽電池セル１０の透明電極に貼り付けると、セル保護膜（フッ素系樹脂フィルム）の表面に構成されたＣＯＯＨ、ＯＨ、ＮＨ２ 基と太陽電池セルの透明電極のＩｎＯｘＳｎＯｘとが水素結合されて透明電極とセル保護膜２０とが一体化し、これにより水分，光，熱などにより起こる封止材（ＥＶＡ）１４の加水分解で発生する酢酸などの腐食性物質で透明電極が浸食されないように太陽電池セルを安全に保護できる。
【００３５】
なお、セル保護膜２０はその表面組成の酸素量が５ａｔ％未満であると、太陽電池セルの透明電極との間の接着力が低下してセル保護膜２０と透明電極との間に水分が浸入し易くなる。また、表面組成の窒素量が１ａｔ％未満では、太陽電池セル１０の基板材料（アラミド樹脂，ポリイミド樹脂）との接着力が低下して前記と同様に水分浸入の原因となる。さらに、前記とは逆に表面組成の酸素量，窒素量が前記の規定範囲を超えて多くすると、そのコロナ放電処理に長時間が掛かるし、特に表面組成の酸素量が１５ａｔ％を超えると表面の酸化層の厚みが増し、これがセル保護膜のフィルムから脱離してセルとの間の接着力が低下する傾向が見られることが認められる。
【００３６】
次に、太陽電池セル１０に設けた本発明によるリード線の引出し方法について、図４（ａ） 〜（ｃ） で説明する。すなわち、太陽電池セル１０の裏面側にはリード線引出し電極３０として、銅箔の基材に半田メッキ，錫メッキ，あるいは錫と銀の合金をメッキ法または浸漬，溶射法などで覆った金属板３０ａを、接着剤３１，耐熱性（耐熱温度１５０℃以上）の絶縁フィルム３２，接着剤３３を介して太陽電池セル１０の背面に貼り付けた上で、その接着面域から側方に引出した金属板の接続部３０ｂをセルの集電電極に導電性粘着テープ３４で貼り付けて導電接続するようにしている。
【００３７】
ここで、図示例の金属板３０ａは銅箔に錫メッキした厚み５０μｍ，外形サイクルが５ｃｍ角のもので、側方に引き出した接続部３０ｂには１０ｍｍ間隔に並ぶ櫛歯を形成している。また、絶縁フィルム３２にはサイズ５５ｍｍ×４０ｍｍ，厚み２５ｍｍのカプトンフィルム（ポリイミド）を、接着剤３１，３３には貯蔵弾性率１０７ Ｐａ以下の接着剤を、さらに導電性粘着テープ３４には導電粘着材付きアルミテープを用いている。
【００３８】
なお、リード線引出し電極３０は金属板，絶縁フィルム，接着剤を含めた合計厚さが０．２ｍｍ以下に収まるように、金属板３０ａの銅箔厚みは０．０５ｍｍ程度の箔とし、また銅箔にコーティングした半田，錫メッキなどは、銅基材の酸化防止と製造時間の関係から厚みを１〜５μｍとする。また、絶縁フィルム３２としてはポリイミドのほか、アラミド，ポリエチレンナフタレート，液晶系ポリエステル樹脂のフィルムなどが挙げられ、厚みは５０μｍ以下，好ましくは２５μｍとする。さらに、接着剤３１，３３の層厚は５０μｍ以下，好ましくは３０μｍとする。この理由は、リード線引出し電極３０の全体が厚くなると、太陽電池セル１０に取付けた際に薄膜の太陽電池セルが変形したり、リード線引出し電極３０の接続部に応力が集中して接続状態が剥離したりするおそれがあるためである。
【００３９】
かかる点、リード線引出し電極３０を前記のように薄形構造で形成することでセルの変形，応力集中のおそれが少なくなり、かつ太陽電池セルとの間の凹凸段差が殆ど発生しないので、図２で述べたロール法によって太陽電池モジュールを製造する場合でも、ラミネートロール２６の加圧により封止材１５，背面保護材１３を支障なく密着させてラミネートでき、またリード線引出し電極自身に可撓性があるので太陽電池モジュールの巻取りも可能である。
【００４０】
また、リード線引出し電極３０の接続部３０ｂを図示例のように櫛歯状に形成してセルとの間で多点に分けて導電接続することで、モジュールのラミネート工程での加熱による熱収縮，太陽電池セルとの熱膨張係数差などにより金属板３０ａの接続部３０ｂに加わる応力集中を分散させて信頼性の高い接続状態が確保できる。なお、図示例では、リード線引出し電極３０の接続部３０ｂを櫛歯状に形成してセルに多点接続するようにしているが、櫛歯状にする代わりに接続部３０ｂの板面に沿って３〜８ｍｍφの穴を分散開口してセルに多点接続するようにすることもできる。また接続部３０ｂとセルとの導電接続手段に導電性粘着テープ３４を用いているが、粘着テープの代わりに半田付けして接続してもよい。
【００４１】
上記のリード線引出し電極３０は、モジュール化する以前の段階で太陽電池セル１０に設けておき、図２で述べた製造方法で保護材，封止材をラミネートした状態で、図５で示すようにリード線引出し電極３０の金属板３０ａに対応して背面保護材１３，封止材１５に１０ｍｍφの配線穴３５を開口し、封止材（ＥＶＡ）をキュア（図３参照）した後の状態で、端子ボックス１６から引出したリード線（ばね性のある導体）を前記配線用穴３５を通してリード線引出し電極３０の金属板面に半田付けし、最後に前記の配線穴３５を塞ぐように端子ボックス１６を接着剤１７でモジュールの背面に密着して固定する。
【００４２】
この場合に、実際の製品では前記の配線穴３５の深さは１ｍｍ以下であり、かつこの穴の底部にはリード線引出し電極３０の金属板３０ａ（図４参照）が直接露呈しており、これにより端子ボックス１６から引出したリード線１９の半田付けが簡単に行え、この半田付け作業を自動化して行うことも可能である。しかも、太陽電池セルに封止材，保護材をラミネートした状態では、金属板３０ａの板面に密着して封止材１５が接着されているので、金属板を例えば５ｃｍ角の大きさにしておくことにより、その板面中央に位置を合わせて保護材，封止材に開口した配線穴３５と金属板３０ａの周縁との間に長い封止経路が確保されるので、配線穴３５を通じて外部からモジュール内に水分が浸入するのを確実に防止できる。
【００４３】
なお、図５において、セル保護膜２０は図示を省略している。また先記した図示実施例では、セル保護膜２０を太陽電池セルの受光面側で透明電極の表面にのみ被着しているが、太陽電池モジュールの据え付け場所の条件などでモジュールの背面側も雨水などで濡れ易い場合には、セル保護膜を太陽電池セルの裏面にも被着することができ、これによりより一層の信頼性が向上する。
【００４４】
次に、先記の実施例に基づいて製作した太陽電池モジュールについて、発明者等が行った高温高湿放置試験，ヒートサイクル試験，ウエザロ試験でその信頼性を評価した結果を表１に示す。
【００４５】
なお、表１において、供試試料１は先記した図示実施例の太陽電池モジュール、供試試料２は図示実施例のセル保護材２０を太陽電池セル１０の裏面側に変えて被着した構成になるものである。また、比較例１は前記のセル保護材２０を省いた以外は図示実施例と同様に構成したもの、比較例２は供試試料１と同じ構成であるが、セル保護膜２０については、ＥＳＣＡで測定した表面の組成が酸素量２ａｔ％，窒素量０．５ａｔ％のＦＥＰフィルムとなるようにした。
【００４６】
また、表中の高温高湿放置試験は、８５℃，９５％ＲＨの周囲条件で太陽電池モジュールを放置し、３００ｈごとに太陽電池の変換効率を測定した。また、ヒートサイクル試験は、３ｈサイクルで周囲温度を経時的に−４０℃〜＋９０℃に変化させて太陽電池の変換効率を測定した。さらに、ウエザロ試験では、キセノンランプウエザロ試験機を使用し、光量１ＳＵＮ（１Ｋｗ／ｍ２ ），モジュール温度７０℃，湿度６０％で太陽電池の経時的な変換効率の変化を測定した。
【００４７】
【表１】
表１から判るように、本発明による太陽電池モジュールは、比較例に比べて高温高湿放置試験の寿命が２倍以上になり、高信頼性と耐久性の得られることが確認された。なお、表１において、比較例２が比較例１に比べて高温高湿放置試験結果が悪い理由は、セル表面と保護膜の接着性が悪い場合、水分が界面にたまることによると考えられる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、太陽電池セルを挟んで、その受光面側にシート状の透光性表面保護材，および該表面保護材を接着する透光性の封止材を、裏面側にはシート状の背面保護材，および該背面保護材を接着する封止材をラミネートして太陽電池セルを封止した構成になる太陽電池モジュールにおいて、太陽電池のセル表面，裏面の少なくとも一方の面にフィルム状のセル保護膜を直接被着するものとし、ここで前記の表面保護材はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、封止材は過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）として、セル保護膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲である４フッ化エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）としたことにより、
太陽電池セルとの接着性が向上し、従来構成の太陽電池モジュールで問題となっていた湿気の浸透に起因する太陽電池セルの劣化を抑えて信頼性，耐久性に優れた効果を発揮する太陽電池モジュールを提供することできる。
【００５０】
また、当該太陽電池モジュールをロール法で製造するに際して、太陽電池セルの外形寸法を基準として、前記のセル保護膜， 封止材， 保護材の各幅寸法を、太陽電池セル＜セル保護膜≦封止材＜保護材の順に設定し、巻取りロールから繰り出したシート状のセル保護膜， 封止材， 保護材を太陽電池セルの表面， 裏面に重ね合わせ、ラミネートロールにより加熱，加圧してラミネートした請求項３の製造方法により、ラミネート工程でラミネートロールに封止材（接着剤）が付着する不具合もなく、しかも真空ラミネータを使わずに太陽電池セルの周縁を確実に封止できる。
【００５１】
さらに、太陽電池セルの出力端子となるリード線の引出しを次記のように行なう。すなわち、太陽電池セルの裏面に接着剤， 耐熱性絶縁フィルムを介して箔状の金属板を貼り付け、かつその貼着面域から側方に引出した金属板の接続部を多点に分けてセルの電極面に導電接合した上で、金属板の一部を背面保護材および封止材に開口した配線用穴を通じてモジュールの裏面側に臨ませ、ここに取付ける端子ボックスのリード線と半田付けして接続するようにした請求項４の製造方法により、ロール法による太陽電池モジュールの製造法にも対応して信頼性の高い導電接続が行えるほか、高い防水性を確保しつつ端子ボックスを取付ける際のリード線と電極との半田付けが容易で半田付けの自動化も容易となるなどの実用的効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による太陽電池モジュールの模式構成図
【図２】図１の太陽電池モジュールのロール法による製造工程図
【図３】図２のロール法で製造した太陽電池モジュールのキュア工程の説明図
【図４】本発明の実施例によるリード線引出し電極の構成図で、（ａ） は太陽電池セル全体の裏面図、（ｂ），（ｃ） はそれぞれ（ａ） におけるＡ−Ａ，Ｂ−Ｂの拡大断面図
【図５】図４のリード線引出し電極に端子ボックスのリード線を接続する以前の状態を表した断面図
【図６】プラスチックフィルム基板形薄膜太陽電池のセル構造図
【図７】従来例の太陽電池モジュールを表した模式構成図
【図８】図７における端子ボックス部周辺の詳細構造を表す断面図
【符号の説明】
１ 太陽電池セルの基板
２ 光電変換層
３ 透明電極
４ 裏面電極
５ 背面電極
１０ 太陽電池セル
１２ 透光性の表面保護材
１３ 背面保護材
１４，１５ 封止材
１６ 端子ボックス
１９ リード線
２０ フィルム状のセル保護膜
２１〜２３ シート供給部
２５，２６ ラミネートロール
２７ 太陽電池モジュール
３０ リード線引出し電極
３０ａ 金属板
３０ｂ 接続部
３１，３３ 接着剤
３２ 絶縁フィルム
３４ 導電性粘着テープ
Claims (4)
- 太陽電池セルを挟んで、その受光面側にシート状の透光性表面保護材，および該表面保護材を接着する透光性の封止材を、裏面側にはシート状の背面保護材，および該背面保護材を接着する封止材をラミネートして太陽電池セルを封止した構成になる太陽電池モジュールにおいて、
太陽電池のセル表面，裏面の少なくとも一方の面にフィルム状のセル保護膜を直接被着するものとし、ここで前記の表面保護材はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、封止材は過酸化物架橋タイプのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）として、セル保護膜をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）で測定した表面の組成が酸素量５〜１５ａｔ％，窒素量１〜３ａｔ％の範囲である４フッ化エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）もしくは４フッ化エチレン・６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）としたことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項１記載の太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルが、両面に金属電極を形成したシート状のプラスチック基板にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）の薄膜光電変換層，およびＩｎとＳｎを主成分とする透明電極を付けた薄膜太陽電池であることを特徴とする太陽電池モジュール。
- 請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法において、太陽電池セルの外形寸法を基準として、セル保護膜， 封止材， および表面，背面保護材の各幅寸法を、太陽電池セル＜セル保護膜≦封止材＜保護材の順に設定し、供給部から繰り出したシート状のセル保護膜， 封止材， 保護材を太陽電池セルの表面， 裏面に重ね合わせ、ラミネートロールにより加熱，加圧して一体にラミネートする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１記載の太陽電池モジュールであって、かつその裏面側に設けた端子ボックスの外部リード線と太陽電池セルのリード線引出し電極とを電気的に接続してなる太陽電池モジュールの製造方法において、
前記太陽電池セルのリード線引出し電極は、接着剤， 耐熱性絶縁フィルムを介してセルの裏面に箔状の金属板を貼り付けたものとし、その貼着面域から側方に引出した金属板の接続部を多点に分けてセルの電極面に導電接合した上で、金属板の一部を、背面保護材および封止材に開口した配線用穴を通じて、モジュールの裏面側に取付ける端子ボックスの外部リード線と電気的に接続することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
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