JP2004327698A

JP2004327698A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法

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Publication number: JP2004327698A
Application number: JP2003120055A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kato; 進二加藤
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP4314872B2

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの配線取出し時やラミネート成型時の太陽電池セルの損傷を軽減すること。
【解決手段】太陽電池セル１３の電気出力配線１６を通す貫通孔が設けられた裏面支持材１５と絶縁性封止材１４とで太陽電池セル１３を封止する構造において、絶縁性封止材１４で太陽電池セル１３の全面を被覆し、貫通孔の断面に絶縁性封止材１７を介在させて貫通孔における絶縁性封止材１４の厚みをその周辺よりも厚くし、その状態でラミネート成型する。これにより、貫通孔およびその周辺の絶縁性封止材１４の薄肉化を防ぐことができるので、太陽電池セル１３の損傷やモジュールの外観不良の発生を防ぎ、特に、裏面支持材１５に金属板を用いた場合には、太陽電池セル１３と裏面支持材１５の絶縁不良なくラミネート成型することができる。
【選択図】図１

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およびその製造方法に関し、特に太陽電池モジュールの電気出力端子の取出し構造および製造方法において、太陽電池モジュールの成型不良および電気出力端子部の絶縁不良を防止するようにした太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池モジュールには、受光面側の最表面をガラスで覆うものと、透光性フィルムで覆うものとがある。ガラスで表面を覆う太陽電池モジュールは、非受光面側に、絶縁性封止材と、アルミニウム箔を耐候性フィルムでサンドイッチ構造にした耐湿フィルムを配してなる。一方、受光面側を透光性フィルムで覆う太陽電池モジュールは、透光性フィルムと太陽電池セルとを絶縁性封止材で接着する方法が一般的に採用されているが、表裏両面をフィルムで覆うだけでは剛性が不足するため、裏面側に裏面支持材を設けている。裏面支持材としては、鋼板、アルミ板、ステンレス板などの金属板、あるいはカーボンファイバー、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、セラミック、ガラス、などが用いられている。
【０００３】
図９は従来の太陽電池モジュールの構造例を示す断面概略図である。
太陽電池モジュール１００は、表面保護材１０１、表面封止材１０２、太陽電池セル１０３あるいは太陽電池セル群、裏面封止材１０４、および裏面支持材１０５を積層し、太陽電池セル１０３に電気出力取出し部材１０６を半田などの導体１０７により接続して構成され、電気出力取出し部材１０６を接続するために除去された裏面封止材１０４および裏面支持材１０５の空間部は封止材１０８によって太陽電池セル１０３の露出された電極部が被覆されている。
【０００４】
このような太陽電池モジュール１００の電気出力の取出し方法は以下の通りである。第１の方法は、太陽電池モジュール１００内に封入する太陽電池セル１０３あるいは太陽電池セル群の電気出力取出し用の正極電極部と負極電極部とを太陽電池セル１０３の裏面側に配置し、表面保護材１０１、表面封止材１０２、裏面封止材１０４、裏面支持材１０５を積層し、ラミネート成型する。その後、電極部を被覆している裏面封止材１０４と裏面支持材１０５を除去して、電極部を露出させ、露出部に半田などの導体１０７を介して電気出力取出し部材１０６を接続することにより電気出力を取り出せるようにしている。この方法は、太陽電池セル１０３の電極部を露出する工程が必要なこと、また露出工程での端子部の損傷を伴うという問題があることが指摘されている。
【０００５】
第２の方法は、第１の方法の問題を解決するための方法であり、裏面封止材１０４、裏面支持材１０５の電極部に予め連通する端子取出し用貫通孔を設け、その貫通孔にシリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどの高融点樹脂からなる栓部材を配置し、ラミネート成型した後、栓部材を除去することにより太陽電池セル１０３の電極部を露出させ、露出部に半田などの導体１０７を介して電気出力取出し部材１０６を接続することにより電気出力を取り出せるようにする方法が取られており、電気出力端子部は配線接続後にシリコーン樹脂で被覆している（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１７６３４０号公報（段落番号〔００３２〕〜〔００３３〕，図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気出力を取出す従来の第２の方法では、電極露出工程時の電極部を損傷なく露出させることが可能であるが、貫通孔に栓部材を配置し、ラミネート後に除去するという工程が必要になる。また、裏面支持材の貫通孔と栓部材との嵌合状態が悪いと、ラミネート成型時に裏面封止材が溶融し、はみ出しが生じ、栓部材の除去がしにくくなる。さらに、裏面封止材のはみ出しにより、貫通孔周辺の裏面封止材の厚さが薄くなり、太陽電池セルに変形が生じ、太陽電池セルの損傷や電気出力配線の損傷、モジュールの外観不良などが発生する。加えて、裏面支持材に金属板を用いた場合には、太陽電池セルと裏面支持材との絶縁不良が発生しやすくなるという問題があった。
【０００８】
また、電気出力を取出す従来の第１の方法、第２の方法とも、太陽電池セルの電極露出面に絶縁性封止樹脂が存在していない部分が生じ、端子ボックスの絶縁性充填材が直接太陽電池セル面に触れることから、安価な溶剤タイプの絶縁性充填材を用いると、配線部の信頼性が低下するという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールの配線取出し時やラミネート成型時の太陽電池セルの損傷、ならびにラミネート成型モジュールの外観不良や絶縁不良の発生の少ない構造を有する太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法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】
本発明では上記問題を解決するために、太陽電池セルが少なくとも裏面支持材と絶縁性封止材とで封止され、前記裏面支持材には貫通孔が設けられ、前記貫通孔に前記太陽電池セルの電気出力配線を通して電気出力を外部に取出すようにした太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池セルが前記絶縁性封止材で全面被覆されていることを特徴とする太陽電池モジュールが提供される。
【００１１】
このような太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルの全面を絶縁性封止材で被覆したことにより、裏面支持材に金属板を用いた場合の太陽電池セルと裏面支持材との絶縁不良を防止することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、貫通孔を絶縁性封止材で封止するようにした。これにより、貫通孔の裏面封止材の厚さは貫通孔の周囲よりも厚くなり、貫通孔およびその周辺の裏面封止材の薄肉化を防ぎ、太陽電池セルの損傷やモジュールの外観不良の発生を防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明では、太陽電池セルが少なくとも裏面支持材と絶縁性封止材とで封止され、前記裏面支持材には貫通孔が設けられ、前記貫通孔に前記太陽電池セルの電気出力配線を通して電気出力を外部に取出すようにした太陽電池モジュールの製造方法において、前記裏面支持材に設けられた前記貫通孔の断面に前記絶縁性封止材を介在させてラミネート成型することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法が提供される。
【００１４】
このような太陽電池モジュールの製造方法によれば、貫通孔の裏面封止材の厚さは貫通孔の周囲よりも厚くなり、貫通孔およびその周辺の裏面封止材の薄肉化を防ぎ、太陽電池セルの変形なくラミネート成型できるため、太陽電池セルの損傷やモジュールの外観不良の発生を防ぎ、特に、裏面支持材に金属板を用いた場合には、太陽電池セルと裏面支持材の絶縁不良なくラミネート成型することができる。また、従来、貫通孔に設けていた栓部材を取り除く必要がないことから、太陽電池モジュールの製造工程の簡素化も実現できる。
【００１５】
さらに、本発明では、裏面支持材の貫通孔に絶縁性封止材を介在させてラミネート成型する際に、裏面支持材の貫通孔を、太陽電池セル封止面と反対面側から、粘着テープで貫通孔全面を被覆して、ラミネート成型するようにした。これにより、裏面支持材の貫通孔に介在させる絶縁性封止材の装着状態に依存せず、安定して製造することができる。また、太陽電池セルの全面を絶縁性封止材で被覆し、太陽電池セルの露出面がないことから、端子ボックスの配線や、安価な端子ボックス充填材を適用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの特定の実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は本発明による太陽電池モジュールの構造の一例を模式的に示す断面図である。
この図において、太陽電池モジュール１０は、表面保護材１１、表面側の絶縁性封止材１２、太陽電池セル１３、裏面側の絶縁性封止材１４および裏面支持材１５が積層配置され、電気出力配線１６が太陽電池セル１３から外部に導くように配置され、電気出力配線１６が取出される位置は、絶縁性封止材１７によって封止されている。
【００１８】
太陽電池モジュール１０の電気出力取出し構造は、太陽電池セル１３の電気出力配線１６を裏面支持材１５に設けた貫通孔を通して裏面支持材１５の背面側に取出すようにしており、裏面支持材１５に設けた貫通孔に配置の絶縁性封止材１７が、裏面側の絶縁性封止材１４の厚みを貫通孔の周辺よりも厚くなるようにしている。
【００１９】
次に、太陽電池モジュール１０を製造するときの各材料の積層配置について説明する。
図２は本発明の太陽電池モジュールの製造方法の材料積層配置を示す断面図、図３は本発明の太陽電池モジュールの製造方法の材料積層配置を示す分解斜視図である。
【００２０】
太陽電池モジュール１０の製造は、表面保護材１１、絶縁性封止材１２、電気出力配線１６を設けた太陽電池セル１３、電気出力配線１６を貫通させる切れ目１８を設けた絶縁性封止材１４、電気出力配線１６を貫通させる貫通孔１９を設けた裏面支持材１５、電気出力配線１６を貫通させる切れ目２０を設けて裏面支持材１５の貫通孔１９に介在させるようにした絶縁性封止材１７を配置し、図２に示すように粘着テープ２１を、裏面支持材１５の貫通孔１９部を覆うように貼付し、ラミネート成型することによって行われる。
【００２１】
以下に、本発明の太陽電池モジュール１０で使用される表面保護材１１、絶縁性封止材１２，１４，１７、太陽電池セル１３、裏面支持材１５、電気出力配線１６について詳しく説明する。
【００２２】
本発明で用いられる表面保護材１１については、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂フィルムなどを用いることができる。絶縁性封止材１２との接着面には、絶縁性封止材１２が接着しやすいようにコロナ放電処理などの表面処理を施しておくことが望ましい。
【００２３】
絶縁性封止材１２，１４，１７としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、ブチラール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂などの透明な樹脂を使用することができる。上記充填材に架橋剤を添加することにより、架橋することも可能である。また光劣化を抑制するために、紫外線吸収剤が含有されていることが望ましい。裏面側に配置される絶縁性封止材１４，１７については、必ずしも透明である必要はなく、着色したものを用いてもよい。太陽電池セル１３の受光面側に配置される表面保護材１１および絶縁性封止材１２は、あらかじめラミネート接着された積層フィルムあるいはシートを用いることが望ましい。
【００２４】
太陽電池セル１３としては特に限定はなく、単結晶材料の半導体ｐｎ接合や、非単結晶材料のｐｉｎ接合、あるいはショットキー接合などの半導体接合などが用いられる。半導体材料としては、シリコン系化合物系が用いられる。好ましくは、可撓性を有する太陽電池セルであり、特に好ましくは、ステンレス基板やフィルム基板上に形成されたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）半導体や化合物半導体である。
【００２５】
裏面支持材１５としては、鋼板、アルミ板、ステンレス（ＳＵＳ）板などの金属板、プラスチック板、ＦＲＰ板などを使用することができる。裏面支持材１５と太陽電池セル１３との間には、絶縁フィルムを設けてもよい。これは、太陽電池セル１３の電気的絶縁性を保つために使用する。好適に用いられる材料としてはナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのプラスチックフィルムを使用できる。
【００２６】
電気出力配線１６としては、銅、アルミ、ステンレス（ＳＵＳ）、ニッケルなどの金属であり、好ましくは、箔状で、金属面が露出せず半田被覆されているものがよい。
【００２７】
次に、本発明の太陽電池モジュール１０の具体的な製造方法について説明する。
図４は太陽電池セルの構造を示す断面図、図５は太陽電池セルへの電気出力配線の取付け構造を示す概略図、図６は太陽電池セル間の接続構造を示す概略図、図７は太陽電池セルの裏面側の材料の積層配置を示す斜視図、図８は裏面支持材に設けた貫通孔を示す断面概略図である。
【００２８】
本実施の形態においては、太陽電池モジュール１０が、フィルム基板上に作製したａ−Ｓｉ太陽電池セルを使用し、また裏面支持材１５として鋼板を用いて作製されるとする。
【００２９】
フィルム基板ａ−Ｓｉ太陽電池セル１３ａは、図４に示すように、０．０５ｍｍ厚のポリイミドフィルムとするフィルム基板２２を使用し、そのフィルム基板２２の一方の面に、太陽電池素子２３が複数直列に接続形成され、正極取出電極２４、負極取出電極２５がフィルム基板２２の他方の面である非受光面側に形成されたものを用いた。
【００３０】
先ず、表面保護材１１としては、０．０５ｍｍ厚のポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）を用い、これをロール状フィルムから巻出、所定のサイズに裁断する。次に、表面側の絶縁性封止材１２として、０．４ｍｍ厚のＥＶＡをロール状フィルムから巻出、所定のサイズに裁断し、表面保護材１１上に配置する。表面保護材１１および絶縁性封止材１２は、あらかじめラミネート接着して、ＥＴＦＥ／ＥＶＡラミネートフィルムとしておくことで、工程の簡素化が可能である。
【００３１】
フィルム基板ａ−Ｓｉ太陽電池セル１３ａは、図５に示したように、あらかじめ、端子取出し用の正極取出電極２４上に、電気出力配線１６である厚さ０．１ｍｍ、幅３ｍｍの半田被覆銅箔１６ａの一部分を、幅８ｍｍの導電性粘着テープ２６を用いて固定し、端子取出し部に位置する貫通孔対応部分で、フィルム基板ａ−Ｓｉ太陽電池セル１３ａに対し垂直に折り曲げておく。負極取出電極２５についても同様にして、電気出力配線１６の固定および折り曲げ加工が行なわれる。
【００３２】
このようにして形成した電気出力配線１６が付いたフィルム基板ａ−Ｓｉ太陽電池セル１３ａを、太陽電池セル１３の受光面側が、裁断した絶縁性封止材１２側にして、所定の場所に配置する。
【００３３】
太陽電池セル１３を複数直列に配置した太陽電池モジュール１０を作製する場合は、図６に示したように、最も正極側になる太陽電池セル１３−１の正極取出電極２４上と、最も負極側になる太陽電池セル１３−２の負極取出電極２５上だけに前述同様の方法で、電気出力配線１６を設けておき、太陽電池セル１３−１，１３−２をレイアウトした後、隣り合う太陽電池セル間の負極取出電極２５と正極取出電極２４とにわたって半田被覆銅箔１６ｂを配置し、導電性粘着テープ２６を用いて、半田被覆銅箔１６ｂの全面を覆う形で固定する。
【００３４】
裏面側の絶縁性封止材１４としては、０．４ｍｍ厚のＥＶＡをロール状フィルムから巻出して使用する。図７に示したように、絶縁性封止材１４は、端子取出し部に当たる部分に長さ３０ｍｍの切れ目１８が入れられ、所定のサイズに裁断され、切れ目１８に、太陽電池セル１３に固定した電気出力配線１６を貫通させて、太陽電池セル１３上に配置される。絶縁性封止材１７の切れ目２０は、絶縁性封止材１７の一方の面をロール面にだかせて、封止材面からロールに刃物を当てて作製する。なお、絶縁性封止材１７の切れ目２０の作製方法としては、平板上で刃物を当てて作製しても良い。裏面支持材１５には、あらかじめ端子取出し部に対応する場所にφ１０ｍｍの貫通孔１９を形成した、厚さ０．８ｍｍのフッ素塗装ガルバニウム鋼板を用い、これを、太陽電池セル１３に固定した電気出力配線１６が貫通孔１９を貫通するように配置した。裏面支持材１５の貫通孔１９には、貫通孔１９と同じφ１０ｍｍサイズで、太陽電池セル１３に固定した電気出力配線１６を通すための切れ目２０を外周部から中央に向けて７ｍｍの長さで設けた、厚さ０．８ｍｍの絶縁性封止材１７を電気出力配線１６を貫通させて配置した。
【００３５】
最後に、図８に示したように、厚さ０．１ｍｍ、幅８ｍｍのＰＥＴ粘着テープ２１−１を、裏面支持材１５の貫通孔１９の電気出力配線１６を境に、半分だけ覆う形で貼付し、貫通孔１９から出ている電気出力配線１６をＰＥＴ粘着テープ２１−１が貼り付けてある側に折り曲げ、貫通孔１９に残った絶縁性封止材１７の露出面の全面を覆うように、ＰＥＴ粘着テープ２１−２を貼り付ける。
【００３６】
このようにして積層配置されたモジュール構成材料は、真空加熱圧着法により、温度１４０℃から１５０℃で、１５分から２５分間、真空加熱圧着させることで、ラミネート成型および絶縁性封止材の架橋を行った。
【００３７】
ラミネート成型されたモジュールから、ＰＥＴ粘着テープ２１−１，２１−２を剥がし取り、裏面支持材１５の表面に変成ポリフェニレンエーテル樹脂からなる配線ケーブル付き端子ボックスをシリコーン樹脂で接着した。
【００３８】
電気出力配線１６は、端子ボックスの端子台に半田付けし、絶縁性充填材としてシリコーン樹脂を配線部に抽入し、端子ボックスに蓋を付けた。
以下に示す表１は、上記製造方法にて作製した太陽電池モジュール１０の電気的特性ならびに外観評価を行った結果、裏面支持材１５の貫通孔１９の断面部に配置した絶縁性封止材１７であるＥＶＡの厚み依存性の結果を示す。
【００３９】
裏面支持材１５の厚み０．８ｍｍに対し、裏面支持材１５の貫通孔１９の断面部に配置したＥＶＡの厚みが０．６ｍｍから１．０ｍｍの場合は、耐電圧試験、絶縁測定に合格し、電流−電圧特性の低下や外観不良は確認できなかった。一方、裏面支持材１５の貫通孔１９の断面部にＥＶＡを配置しない場合や、ＥＶＡの厚みが０．４ｍｍ以下では、太陽電池セル１３の変形と絶縁抵抗の低下が確認され、ＥＶＡの厚みが０．２ｍｍ以下では裏面支持材１５と太陽電池セル１３との絶縁不良が発生した。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、裏面支持材に設けた貫通孔の断面に、絶縁性封止材を介在させてラミネート成型する構成にした。これにより、貫通孔の裏面封止材の厚さを貫通孔の周囲よりも厚くすることができ、貫通孔およびその周辺の裏面封止材の薄肉化を防ぎ、太陽電池セルの変形なくラミネート成型できるようになった。
【００４２】
また、裏面支持材の貫通孔に絶縁性封止材を介在させてラミネート成型する構成により、太陽電池セルや電気出力配線の損傷、モジュールの外観不良の発生を防ぎ、特に、裏面支持材に金属板を用いた場合には、太陽電池セルと裏面支持材の絶縁不良なくラミネート成型することができるようになった。
【００４３】
さらに、裏面支持材の貫通孔に絶縁性封止材を介在させてラミネート成型する際に、裏面支持材の貫通孔を、太陽電池セル封止面と反対面側から、粘着テープで貫通孔全面を被覆して、ラミネート成型することにより、裏面支持材の貫通孔に、介在させる絶縁性封止材の装着状態に依存せず、貫通孔から裏面支持材の背面側への絶縁性封止材のはみ出しがなく、安定して製造することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による太陽電池モジュールの構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの製造方法の材料積層配置を示す断面図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの製造方法の材料積層配置を示す分解斜視図である。
【図４】太陽電池セルの構造を示す断面図である。
【図５】太陽電池セルへの電気出力配線の取付け構造を示す概略図である。
【図６】太陽電池セル間の接続構造を示す概略図である。
【図７】太陽電池セルの裏面側の材料の積層配置を示す斜視図である。
【図８】裏面支持材に設けた貫通孔を示す断面概略図である。
【図９】従来の太陽電池モジュールの構造例を示す断面概略図である。
【符号の説明】
１０太陽電池モジュール
１１表面保護材
１２，１４，１７絶縁性封止材
１３太陽電池セル
１５裏面支持材
１６電気出力配線
１８切れ目
１９貫通孔
２０切れ目
２１粘着テープ
２２フィルム基板
２３太陽電池素子
２４正極取出電極
２５負極取出電極
２６導電性粘着テープ

Claims

太陽電池セルが少なくとも裏面支持材と絶縁性封止材とで封止され、前記裏面支持材には貫通孔が設けられ、前記貫通孔に前記太陽電池セルの電気出力配線を通して電気出力を外部に取出すようにした太陽電池モジュールにおいて、
前記太陽電池セルが前記絶縁性封止材で全面被覆されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記貫通孔が前記絶縁性封止材で封止され、前記裏面支持材に設けられた前記貫通孔の前記絶縁性封止材の厚みが前記貫通孔の周辺よりも厚くなっていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。
太陽電池セルが少なくとも裏面支持材と絶縁性封止材とで封止され、前記裏面支持材には貫通孔が設けられ、前記貫通孔に前記太陽電池セルの電気出力配線を通して電気出力を外部に取出すようにした太陽電池モジュールの製造方法において、
前記裏面支持材に設けられた前記貫通孔の断面に前記絶縁性封止材を介在させてラミネート成型することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
前記裏面支持材の前記貫通孔を前記太陽電池セルの封止面と反対面側から、粘着テープで前記貫通孔の全面を被覆して、ラミネート成型することを特徴とする請求項３記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記裏面支持材の厚みをｄ、前記裏面支持材に設けられた前記貫通孔の断面に介在させる前記絶縁性封止材の厚みをＸとしたとき、前記絶縁性封止材の厚みＸが、Ｘ＞（ｄ−０．４ｍｍ）式の成立する厚みであることを特徴とする請求項３または４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記太陽電池セルの裏面側の前記絶縁性封止材と前記裏面支持材に設けられた前記貫通孔の断面に介在させる前記絶縁性封止材に切れ目を設け、前記切れ目に前記太陽電池セルの前記電気出力配線を通して、ラミネート成型することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。