JP2005101381A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池モジュールにおいて、その内部に配設される太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に入射した光は発電に寄与することがない。
【解決手段】 太陽電池モジュールの裏面側充填材が光反射性粒子を含むようにしたことにより、今までと同じ工数の簡便な方法で太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に入射した光を有効に利用することが可能になり、発電効率の向上された太陽電池モジュールの提供が可能となった。
【選択図】 図２

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものであり、とくに太陽電池素子間に入射した光を有効に利用することにより発電効率を高めた太陽電池モジュールに関するものである。また、発電効率を高めるとともに、製造歩留まりを高めた太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

太陽電池素子は、たとえば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。そのために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。

さらに太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいことから、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熱可塑性樹脂を主成分とする充填材で封入して太陽電池モジュールを作成している。

この太陽電池モジュールにおいて、その内部に配設される太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に入射した光は発電に寄与することがなかった。

この太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に入射した光を有効に発電に利用するため、太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に光反射部材を設置し、これにより、この間隙に入射した光を反射させ、太陽電池素子に入射することが考案されている（特許文献１参照）。

また、この太陽電池素子と太陽電池素子の間隙部において、充填材の裏面部分に凹凸形状を形成し、さらにその裏面部分にメッキもしくは蒸着により光反射面を形成することも提案されている（特許文献２参照）。
実開平７−１８４５８号公報 特開２００２−４３６００号公報

しかしながら、特許文献１のごとく、太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に光反射部材を設置する方法によれば、太陽電池モジュール内には多数の間隙があるため、光反射部材が多数必要になり、その分、材料のコストが高くなり、さらに光反射部材を多数の間隙に配置する必要があり、これによって工数も多くなり、その結果、太陽電池モジュールの製造コストが高くなるという問題があった。

また、特許文献２によって提案されたごとく、間隙部の充填材の裏面部分に凹凸形状を形成し、さらにその裏面部分に光反射面を形成する技術によれば、充填材の裏面部分に凹凸形状や光反射面を形成することで、その分、工程が増し、さらに凹凸形状や光反射面を形成した部分を、太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に合わせることが難しく、また、そのような設定に時間を要し、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は製造コストを低減した太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の他の目的は、太陽電池モジュール内部の太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に入射した光を、太陽電池素子に入射させ、これによって発電効率を向上させた太陽電池モジュールを提供することにある。

また、本発明の目的は、かかる本発明の太陽電池モジュールの太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明は、透光性基板と裏面シートとの間に受光面側充填材と裏面側充填材で挟持した太陽電池素子を配設した太陽電池モジュールにおいて、前記裏面側充填材に光反射性粒子を含有させたことを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記光反射性粒子が、太陽電池素子の有効波長に対し光反射性を有することを特徴とする。

さらにまた、本発明の太陽電池モジュールは、前記光反射性粒子が非導電性であることを特徴とする。

本発明の他の太陽電池モジュールは、前記裏面側充填材がエチレンビニルアセテート共重合体の合成樹脂から成ることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、順次下記（１）〜（５）の各工程を経た後、減圧下にて加熱加圧して一体化したことを特徴とする。

（１） 透光性基板の上に受光面側充填材を配する。

（２） 上記受光面側充填材の上に複数の太陽電池素子を配列してなる太陽電池素子群を複数配する。

（３） 上記太陽電池素子群を配線により電気的に接続する。

（４） 上記太陽電池素子群の上に光反射性粒子を含有した裏面側充填材を配する。

（５） 上記裏面側充填材の上に裏面シートを配する。

本発明の太陽電池モジュールは、上記構成のように裏面側充填材に光反射性粒子を含有させたことで、太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に多数の光反射性粒子を配した構成になり、これにより、太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に入射した光が、これら光反射性粒子により散乱され、その散乱光が透光性基板や裏面シートに至り、そこで反射し、その反射光が太陽電池素子の受光面に到達し、発電に有効に寄与し、発電効率を高める。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、従来周知の太陽電池素子群の上に裏面側充填材を配する工程において、その裏面側充填材に光反射性粒子を含有させた部材を用いるだけでよい。

よって、従来のごとく、光反射部材を多数の間隙に配置する工程や、さらに光反射面を形成した部分を太陽電池素子と太陽電池素子の間隙に合わせる煩雑さもなく、これにより、製造コストを低減した太陽電池モジュールが提供できる。

また、本発明の太陽電池モジュールおよびその製造方法によれば、前記光反射性粒子が、太陽電池素子の有効波長に対し光反射性を有するような構成にしたことで、その太陽電池素子の受光感度を高めることができ、その結果、さらに発電効率を高めることができる。

さらにまた、本発明の太陽電池モジュールおよびその製造方法によれば、前記光反射性粒子が非導電性であることで、隣接する双方の太陽電池素子と太陽電池素子が電気的に短絡（ショ−ト）する要因が排除され、これにより、その太陽電池モジュールの品質を高め、さらに長期間にわたって高い信頼性が得られる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの構造を示す図である。

同図において、１は透光性基板、２は受光面側充填材、３は太陽電池素子、４は裏面側充填材、５は前記裏面シートである裏面材を示す。

透光性基板１は、ガラス材やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材が用いられる。

このガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられ、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用される。

一方、ポリカーボネート樹脂については、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側充填材２は、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、たとえば酢酸ビニル含有量が２０〜３０％であるエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適である。

また、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。そして、太陽電池素子３に入射する光量を高めて発電効率を向上させるように透明化した樹脂にするとよいが、着色化もしくは白色化してもよい。

たとえば、上記の合成樹脂材に対し、たとえば酸化チタンや顔料等を含有させるとよい。

太陽電池素子３は、厚み０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなる。

太陽電池素子１３の内部にはＰＮ接合が形成され、その受光面と裏面には電極が設けられ、さらに受光面には反射防止膜を設けて構成される。

大きさは、たとえば多結晶シリコン太陽電池において、およそ１５０ｍｍ角程度である。

裏面側充填材４は、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、たとえば酢酸ビニル含有量が２０〜３０％であるエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする合成樹脂材により構成され、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。

また、本発明に係る裏面側充填材４によれば、光反射性粒子が含有させることが特徴である。

この光反射性粒子としては、導電性もしくは非導電性のいずれでもよいが、好ましくは非導電性の光反射性粒子を用いると、太陽電池素子の裏面間でショートが発生しなくなるという点で好ましい。

導電性の光反射性粒子としては、たとえばアルミニウムやステンレスなどの金属材がある。

非導電性の光反射性粒子としては、無機材もしくは有機材のいずれでもよく、このように材料でもって絶縁性の粒子もしくは半導電性の粒子にする。

このように非導電性の光反射性粒子の場合、継時的な変化により錆等で変色することがなくなるという点でも好適である。

無機材からなる光反射性粒子として、たとえばガラス、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス、窒化珪素系のセラミックス、炭化珪素系のセラミックス、窒化チタン系のセラミックスやサ−メットなどがある。

他方の有機材からなる光反射性粒子として、たとえばポリエチレンテレフタレ−トやポリプロピレンなどの樹脂、弗素系やウレタン系、アクリル系等のゴムなどが好適である。

これら光反射性粒子としては、下記のとおり太陽電池素子１３の有効波長に応じて決めるとよい。

太陽電池の変換効率は、入射する光のスペクトルに応じて、太陽電池の感度が決められるが、その関係を図３に示す。なお、同図は講談社発行の書籍である桑野幸徳著「太陽電池を使いこなす」からの抜粋である。

同図の横軸は光のスペクトル（波長）であり、単位はμｍである。縦軸は太陽光の放射スペクトル強度（相対値）もしくは太陽電池の分光感度（相対値）である。

図３によれば、太陽光スペクトルに対し、その感度は太陽電池素子の構成材により異なることがわかる。

同図によれば、結晶シリコン太陽電池とアモルファスシリコン太陽電池を用いた場合を示すが、その他、有機材料を用いた太陽電池でも、その材料に対応して、その分光感度に違いがある。

本発明は、上記の知見にしたがって、さらに光反射性粒子を、太陽電池素子３の有効波長（分光感度）に対応して光反射性を有するように規定することが望ましい。

すなわち、それぞれの太陽電池素子３の有効波長（分光感度）に応じて、その有効波長に対し光反射性を有するような構成の光反射性粒子を用いるとよく、これによって生じた散乱光が有効に発電に寄与する。

たとえば、この光反射性粒子の色調は、光吸収が少なく、光反射を最も大きくすることができるような半透明もしくは白色が好適である。

このような裏面側充填材４の作製方法は、たとえば充填材の樹脂材料をシート状にする前の段階で直径０．０１〜０．１ｍｍ程度の光反射性粒子を充填材の材料樹脂との重量比で、材料樹脂１に対して０．１〜０．６５程度の含有比率にて混練するのが望ましい。

光反射性粒子の含有比率が０．１未満になると、高い発電効率を達成することがむずかしくなり、他方、０．６５を超ると、充填材の接着性や充填性が不十分となり、太陽電池モジュールの耐候性能に影響を及ぼす場合がある。

また、裏面側封止材４に用いる材料樹脂は、ＥＶＡが上記のように光反射性粒子を混練する時に光反射性粒子が分散しやすいため最適である。

このように裏面側充填材４に適量の光反射性粒子を含ませることにより、エチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）等が具備する接着性や充填性を失うことなく、太陽電池モジュール内の太陽電池素子間に入射した光を透光性基板１に反射させ、これによって太陽電池素子３による発電効率が高くなる。

つぎに図２により、本発明の太陽電池モジュールにおいて、その太陽電池素子間に入射した光の反射の状態を模式的に示す。なお、同図において、図１に示す部材と同一箇所には同一符号を付す。

図２において、６の矢印は太陽電池素子３の間に入射した光を示す。

同図から明らかなとおり、隣接する双方の太陽電池素子３の間に入射した光６は透光性基板１および受光面側充填材２を通過し裏面側充填材４に達し、そして、裏面側充填材４に含まれている光反射性粒子に当たり、散乱し、透光性基板１の方へ反射される。さらに、この反射光は透光性基板１で再度反射し、太陽電池素子３に入射して発電に寄与し、太陽電池モジュールの発電効率を向上させる。

さらに裏面側封止材４に用いるＥＶＡは透明材により構成するが、その他、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて、酸化チタンや顔料等を含有させ、白色等に着色させてもよい。

受光面側充填材２と裏面側封止材４は、これらは減圧下でのラミネート工程において、熱架橋融着して他の部材と一体化する。

裏面材１５は水分を透過しないように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やアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

（太陽電池モジュールの製造方法）
次に本発明の製造方向を述べる。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、下記のごとく、順次各工程（１）〜（５）を経るが、これによって得られた積層体を減圧下にて加熱加圧する。

（１）工程： 透光性基板の上に受光面側充填材を配する。

すなわち、矩形状の透光性基板１の上に、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）から成る矩形状の受光面側充填材２を配する。

（２）工程： 上記受光面側充填材の上に複数の太陽電池素子を配列してなる太陽電池素子群を複数配する。

すなわち、受光面側充填材２上に複数の太陽電池素子を一列に配列してなる太陽電池素子群をさらに複数並べる。

（３）工程： 上記太陽電池素子群を配線により電気的に接続する。

すなわち、上記太陽電池素子群を、たとえば接続用配線などの配線により電気的に接続するが、さらに太陽電池素子群の周辺部にも配線する。

（４）工程： 上記太陽電池素子群の上に光反射性粒子を含有したＥＶＡ樹脂から成る裏面側充填材４を配する。

（５）工程： 上記裏面側充填材４の上に裏面シート（裏面材５）を配する。

以上のごとく、太陽電池モジュールのパネル部は、上述のような透光性部材１、受光面側充填材２、太陽電池素子３、裏面側充填材４、裏面材５の積層体を接着一体化することによって作製する。

すなわち、上述の各部材の積層体をラミネーターと呼ばれる減圧状態で加熱しながら加圧する装置にセットした後、太陽電池モジュールの内部の空気を除去するために５０〜１５０Ｐａ程度に減圧し、１００〜２００℃の温度で１５分〜１時間加熱しながら加圧する。これによって、受光面側充填材２、裏面側充填材４が軟化し架橋融着するため、各部材を接着し一体化し、太陽電池モジュールのパネル部を作製することができる。

最後に太陽電池モジュールに機械的強度や耐候性能を付与し、さらに太陽電池モジュールを設置する場合などに取り扱いやすくために太陽電池パネルの外周各辺にモジュール枠（図示せず）を嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定し太陽電池モジュールが完成する。

このようなモジュール枠は、それに必要な強度や耐久性などを考慮して、アルミニウムやＳＵＳなどの金属材、合成樹脂材、木などで作製され、アルミニウムで作製した場合、そのモジュール枠の側面部やモジュール枠の受光面部には耐候性の向上のためにアルマイト処理がなされ、さらにクリヤ塗装などが施されることが多い。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。たと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、薄膜系太陽電池などでもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールのパネル部の構造を示す概略断面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、入射した光の反射の状態を模式的に示す概略断面図である。 光のスペクトル（波長）に対する太陽光の放射スペクトル強度（相対値）の線図である。

符号の説明

１・・・透光性基板
２・・・受光面側充填材
３・・・太陽電池素子
４・・・裏面側充填材
５・・・裏面材
６・・・太陽電池素子間に入射した光

Claims (5)

1. 透光性基板と裏面シートとの間に受光面側充填材と裏面側充填材で挟持した太陽電池素子を配設した太陽電池モジュールにおいて、前記裏面側充填材に光反射性粒子を含有させたことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記光反射性粒子が、太陽電池素子の有効波長に対し光反射性を有す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. 前記光反射性粒子が非導電性であ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. 前記裏面側充填材がエチレンビニルアセテート共重合体の合成樹脂から成ることを特徴とする請求項１ないし３に記載の太陽電池モジュール。
5. 順次下記（１）〜（５）の各工程を経た後、減圧下にて加熱加圧して一体化したことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
   （１） 透光性基板の上に受光面側充填材を配する。
   （２） 上記受光面側充填材の上に複数の太陽電池素子を配列してなる太陽電池素子群を複数配する。
   （３） 上記太陽電池素子群を配線により電気的に接続する。
   （４） 上記太陽電池素子群の上に光反射性粒子を含有した裏面側充填材を配する。
   （５） 上記裏面側充填材の上に裏面シートを配する。

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