JP2004221213A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールに入射した光を再び外部に逃がすことなく最大限に利用する。
【解決手段】透光性基板１と裏面材５との間に太陽電池素子６を配置して充填材１３で封入した太陽電池モジュールであって、上記太陽電池素子６として両面光入射型太陽電池素子を用いるとともに、この太陽電池素子６と上記裏面材５との間に導光板７を配設した。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュールに関し、特に両面光入射型太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。このため複数の太陽電池素子を接続して透光性基板と裏面材との間に配置してエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材で封入することによって太陽電池モジュールを作成することが通常行われている。
【０００３】
図４は従来の太陽電池モジュールの構造を示す図である。図４において、１は透光性基板、２は上側充填材、３は太陽電池素子、４は下側充填材、５は裏面材を示す。
【０００４】
透光性基板１は、必要な強度や耐候性などから厚さ３〜６ｍｍ程度の白板強化ガラスを使用することが多い。上側と下側の充填材２、４は透光性のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とするものなどがある。太陽電池素子３は、大きさ約１５０ｍｍ角の多結晶シリコンを基板とする太陽電池素子を所定の電気出力が取り出せるよう直並列に銅箔などの配線材で組み合わせたものである。裏面材５は防水性を高めるために用いられるものであり、アルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートなどが用いられ、その表面は白色のものが多い。これらをラミネーターと呼ばれる装置で減圧下で加熱押圧して一体化する。
【０００５】
その後、アルミニウムなどで作られたモジュール枠（不図示）をはめ込んで接着材で固定する。完成した太陽電池モジュールの大きさはその出力によって異なるが、多結晶太陽電池を使用した電力用太陽電池アレイに使用される太陽電池モジュールの例では出力約１６０Ｗで１３００×１１００ｍｍ程度である。
【０００６】
このような太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子と太陽電池素子の間隔は３〜５ｍｍ程度あるが、この素子と素子の間に入射した光は通常の場合ほとんど発電に寄与することはないが、太陽電池モジュールの発電効率を向上させるため、裏面材６の太陽電池モジュールの内側表面を三角波型形状、ピラミッド形状、あるいは逆ピラミッド形状のような凹凸にしたり、つや消しの表面加工を施した金属製材料や白色系顔料を混入させた樹脂製材料で構成し、素子と素子との間に入射した光を反射して太陽電池素子の裏面に当てることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１４８５００号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の方法では裏面材に反射した光は散乱光となるため再び太陽電池素子の間から太陽電池モジュールの外へ出ていく量も多く、入射した光の有効利用という点では不十分であった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールに入射した光を再び外部に逃がすことなく最大限に利用する太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池モジュールは、透光性基板と裏面材との間に太陽電池素子を配置して充填材で封入した太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池素子として両面光入射型太陽電池素子を用いるとともに、この太陽電池素子と前記裏面材との間に導光板を配設したことを特徴とする。
【００１１】
上記太陽電池モジュールでは、前記導光板がアクリル樹脂材からなることが望ましい。
【００１２】
また、上記太陽電池モジュールでは、前記導光板の垂直断面形状が略逆台形状となるようにその端面が傾斜していることが望ましい。
【００１３】
また、上記太陽電池モジュールでは、前記導光板の端面の傾斜角度が２０〜７０度であることが望ましい。
【００１４】
また、上記太陽電池モジュールでは、前記裏面材の内側表面が白色であることが望ましい。
【００１５】
また、上記太陽電池モジュールでは、前記導光板と裏面材との間にエチレンビニルアセテート共重合体を配置することが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
図１は本発明に係る太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。図１において、１は透光性基板、２は上側充填材、４は下側充填材、５は裏面材、６は両面光入射型太陽電池素子、７は導光板を示す。
【００１７】
本発明に係る太陽電池モジュールでも基本的な構成は従来の太陽電池モジュールと同じである。すなわち、白板ガラスなどから成る透光性基板１とアルミ箔およびフッ素系樹脂シートを積層した裏面材５との間に、複数の太陽電池素子６を電気的に接続して配設し、エチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材２、４で封入する。
【００１８】
本発明では太陽電池素子６として両面光入射型太陽電池素子を用いるとともに、この太陽電池素子６と裏面材５との間に導光板７を配設する。
【００１９】
両面光入射型太陽電池素子６の構造の一例を図２に示す。図２において、８は結晶系シリコンのＰ型基板、９はＮ型不純物拡散層、１０は高濃度Ｐ型不純物拡散層、１１は表面（上面）側バスバー電極、１２は裏面（非受光面）側電極を示す。
【００２０】
両面光入射型太陽電池素子６は次のような構造になっている。厚み０．３ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンのＰ型基板８の一主面にリンなどのＮ型不純物を熱拡散させることによってＮ型不純物拡散層９を形成し、さらに他の主面にボロンなどのＰ型不純物を熱拡散することより高濃度Ｐ型不純物拡散層を形成する。両主面上に光の反射を抑えるため、窒化シリコンなどで反射防止膜（不図示）を形成し、その後受光面側と裏面側に銀ペーストをスクリーン印刷することで電極１１、１２を形成する。
【００２１】
電極１１、１２は受光面側、裏面側ともバスバー電極とフィンガ電極がある。例えばフィンガ電極（不図示）は幅０．２ｍｍ程度で、太陽電池素子の辺に平行に、光生成キャリヤを収集するため多数本形成される。また、バスバー電極は収集されたキャリヤを集電し、接続タブを取り付けるために幅２ｍｍ程度で、フィンガ電極と垂直に交わるように２〜３本形成される。最後に電極１１、１２の保護と接続タブを接続しやすくするために、電極１１、１２の表面にハンダコートする。このようにして作られた太陽電池素子は受光面側がマイナス側で裏面側がプラス側となる。
【００２２】
図１に示す導光板７は、大型液晶ディスプレイなどの内部で液晶パネル背面に多く配置されているもので、冷陰極管などの光源からの光を均一に液晶に導く働きをするものである。これらの一般的構造は、導光板の端面に照明装置を配置し、さらに光放出面の反対側の面に光反射板を備えている。また、導光板の光放出面と反対側の面には、印刷やレーザー加工で溝や微細ドットが刻まれている。これによって光源からの光を導光板７に入射させ、その入射光を反射板７ａと光放出面との間で反射を繰り返しながら、導光板７の反射板７ａ側に設けられた溝などで乱反射させ、その乱反射光を光放出面から放出して、導光板７の光放出面を面発光させることができる。
【００２３】
この導光板７を太陽電池モジュールに用いる場合、その導光板７の厚みは３〜１０ｍｍ程度で、材質はアクリルやポリカーボネイト等が使用可能である。さらに、太陽電池モジュールにおいては、その光透過性に加えて大面積なものが必要となるため安価なものであること、さらにラミネート時の温度に耐える必要があるためその耐熱性が要求され、これらを考慮するとアクリル樹脂材が最適である。
【００２４】
また、導光板７の端面は、太陽電池モジュールの枠と太陽電池素子６の間の端部に入射した光を無駄なく太陽電池素子６に当てるため、略逆台形状となるように傾斜させるのが好ましい。この場合、導光板７の表面と端面とが成す角度である傾斜角は導光板の厚みが３〜１０ｍｍ程度とガラス端面からセルまでの距離の関係から２０〜７０度程度とするのが望ましい。
【００２５】
また、導光板７の裏面部には通常白色の反射板７ａが配置されるが、太陽電池モジュールの場合、上述の裏面材５が白色であるために、これを反射板として用いることも可能となる。
【００２６】
さらに、導光板７と裏面材５の接着において、ラミネート後でも接着強度が弱い場合があるので、この両者の間にＥＶＡのような接着材を入れてラミネートしてもよい。
【００２７】
図１のように重畳した透光性基板１、充填材２、４、両面光入射型太陽電池素子６、導光板７、裏面材５をラミネーター内部にセットして減圧し、これらの部材を加熱しながら押圧して一体化する。
【００２８】
図３はラミネートした後の太陽電池モジュールを示す図である。図３において、１は透光性基板、５は裏面材、６は両面光入射型太陽電池素子、７は導光板、１３はラミネートによって一体化した充填材、１４は太陽電池素子間や枠と太陽電池素子との間に入射した太陽光を示す。
【００２９】
図３に示すように、複数の太陽電池素子６の間や太陽電池素子の外側から入射した太陽光１４は裏面材５と導光板７の光放出面との間で反射を繰り返しながら、導光板７の反射板側に設けられた溝（不図示）などで乱反射して光放出面から放出して、導光板７の光放出面を面発光させて両面光入射型太陽電池素子６の裏面に確実に当たるようにする。もって、複数の太陽電池素子６の間や外側から入射する光も発電に寄与することになる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系などにも応用できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池モジュールでは、太陽電池素子として両面光入射型太陽電池素子を用いるとともに、この太陽電池素子と前記裏面材との間に導光板を配設したことから、素子と素子の間や素子の外側から入射した太陽光を導光板の働きによってほとんど太陽電池モジュールの外部に逃がすことなく太陽電池素子の裏面に当てることが可能となり、太陽電池素子の発電効率を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールを分解して示す図である。
【図２】本発明に係る太陽電池モジュールに用いる太陽電池素子を示す図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールを示す図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールを示す図である。
【符号の説明】
１：透光性基板、３：太陽電池素子、５：裏面材、６：太陽電池素子、７：導光板、１３：充填材

Claims (6)

1. 透光性基板と裏面材との間に太陽電池素子を配置して充填材で封入した太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池素子として両面光入射型太陽電池素子を用いるとともに、この太陽電池素子と前記裏面材との間に導光板を配設したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記導光板がアクリル樹脂材からな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。
3. 前記導光板の垂直断面形状が略逆台形状となるようにその端面が傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記導光板の端面の傾斜角度が２０〜７０度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 前記裏面材の内側表面が白色であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記導光板と裏面材との間にエチレンビニルアセテート共重合体を配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。

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