JP2005136076A - 太陽電池モジュール用封止材及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラミネーターによる加熱、加圧で封止材が軟化溶融して横方向に広がる。それらに伴いセルストリングも動き、横方向配線に応力がかかり、それにより太陽電池素子と接続配線の接続強度が低下したり、セルストリングとセルストリングの間隔が不統一になり、太陽電池モジュールの外観が悪化したりする。
【解決手段】 太陽電池素子をこの太陽電池素子の受光面側と裏面側から挟持し、減圧下にて加熱加圧し、一体化するための一対のシート状の太陽電池モジュール用封止材であって、これらの太陽電池モジュール用封止材の少なくとも一方の前記太陽電池素子と対向する面に、前記太陽電池素子を所定の部位に配置すべく、位置決め用凸部を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材。
【選択図】 図２

Description

本発明は太陽電池モジュール用封止材及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法に関し、特にラミネート中のセルストリングの移動による歪みを防止し、太陽電池素子間の間隔のそろった外観上の仕上がりの良い太陽電池モジュールを作製するため用いる太陽電池モジュール用封止材及びこれを用いた太陽電池モジュールの製造方法に関する。

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に、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直列または並列に接続して透光性基板と裏面シートの間に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封止材で封止して太陽電池モジュールを作製することが通常行われている。

図４は従来の太陽電池モジュール内の太陽電池素子の接続の状態の一例を示したものである。

図４において、１は太陽電池素子、２は接続用配線、３はセルストリング、４は横方向配線を示す。

太陽電池素子１は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板で造られたものであり、接続用配線２、横方向配線４は銅箔にハンダコートしたものである。またセルストリング３は太陽電池素子１を直線上に接続用配線２により数個（図４の例では５個）直列又は並列に接続したものである。

また、太陽電池モジュールでは、通常複数のセルストリング３がさらに横方向配線４により電気的に接続されている。

このような接続を行った太陽電池素子３を上述のように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封止材で挟持し、さらにそれの各々の面に透光性基板、裏面シートを配置する。

これらの積層したものをラミネーターと呼ばれ装置にセットし、減圧下にて加熱しながら押圧し一体化し太陽電池パネル部を作製する。

上述のようにラミネーターによる加熱、加圧で封止材が軟化溶融して横方向に広がる。それらに伴いセルストリング３も動き、横方向配線に応力がかかり、それにより太陽電池素子３と接続配線２の接続強度が低下したり、セルストリング３とセルストリング３の間隔が不統一になり、太陽電池モジュールの外観が悪化したりする。

このラミネートによるセルストリング３の移動の対策として、セルストリング３とセルストリング３の列間をアクリル糊を塗布したＰＥＴテープで固定することが行われている。（特許文献１の従来の技術参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
特開２００２−１３４７６８号公報

上述のようなセルストリング３とセルストリング３の列間をテープで固定する方法では、この列間が開く方向には有効であったが、さらにラミネート後には裏面シートの熱収縮の発生などがあり、列間が小さくなる方向には効果がなかった。

さらに太陽電池モジュールの生産工程において、テープを貼る時間を必要とするため工数が増加すると共にテープのコストがかかり、コストアップの要因となる。

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、その目的は作業性の良い簡便でかつラミネート中のセルストリングの移動を防止し、安価でセルストリングの列間の間隔が整った外観の見栄えの良い太陽電池モジュールを製造するための太陽電池モジュール用封止材を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、作業性の良い簡便でかつラミネート中のセルストリングの移動を防止し、安価でセルストリングの列間の間隔が整った外観の見栄えの良い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。

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用封止材は、太陽電池素子をこの太陽電池素子の受光面側と裏面側から挟持し、減圧下にて加熱加圧し、一体化するための一対のシート状の太陽電池モジュール用封止材であって、これらの太陽電池モジュール用封止材の少なくとも一方の前記太陽電池素子と対向する面に、前記太陽電池素子を所定の部位に配置すべく、位置決め用凸部を設けたことを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュール製造方法は、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）透光性基板の上に請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。

（２）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。

（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請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。

（５）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に裏面シートを配する。

また、本発明の太陽電池モジュール製造方法は、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）透光性基板の上に請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。

（２）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。

（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請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。

（５）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に裏面シートを配する。

また、本発明の太陽電池モジュール製造方法は、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）裏面シートの上に請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。

（２）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。

（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請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。

（５）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に透光性基板を配する。

また、本発明の太陽電池モジュール製造方法は、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）裏面シートの上に請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。

（２）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。

（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請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。

（５）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に透光性基板を配する。

本発明に係る太陽電池モジュール用封止材および太陽電池モジュールの製造方法によれば、ラミネート中の加熱と押圧により封止材が軟化溶融して横方向に広がるが、封止材のセルストリングはそれが置かれていない部分に設けられた凸部により動きが制限され、セルストリング同士の間隔が広がる方向にも小さくなる方向にも歪むことがなくなり、これにより太陽電池モジュールの横方向配線に応力がかかることが無くなり、太陽電池素子と接続配線の接続強度が低下することがない。またセルストリングとセルストリングの間隔が統一され、外観の良好な太陽電池モジュールを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法における太陽電池モジュール部の構造の一例を示す図である。

図１において、１１は透光性基板、１２は受光面側封止材、１３は太陽電池素子、１４は裏面側封止材、１５は裏面シート、１６は接続用配線、１７は出力配線を示す。

透光性基板１１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。ガラス板については、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るが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側封止材１２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に用いられる。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。上記のＥＶＡなどは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させることがあるが、受光面側封止材１２においては、着色させると太陽電池素子１３に入射する光量が減少し発電効率が低下するため透明とする。

太陽電池素子１３は、厚み０．３〜０．４ｍｍ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。かかる太陽電池素子１３の大きさは、多結晶シリコン太陽電池でおよそ１００〜１５０ｍｍ角程度のものが多い。

裏面側封止材１４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、裏面側封止材１４に用いるＥＶＡなどは透明でも構わないし、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせ酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させても構わない。

裏面シート１５は水分を透過しないようにアルミなどの金属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などの無機酸化物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。

これらはラミネート装置によりいったん減圧してから加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。

さらに、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法において、使用している受光面側封止材１２、裏面側封止材１４のラミネート前の状態で、少なくともどちらかのセルストリング３と対向する面のセルストリング３が配置されない部分の全部または一部分に凸部を設けている。

図２は本発明に係る太陽電池モジュール用封止材である受光面側封止材１２または裏面側封止材１４の一例の外観を示したものである。図２において２０はセルストリングが配置される部分、２１はセルストリングが配置されない部分、２５は受光面側封止材１２または裏面側封止材１４上のセルストリングが配置されない部分の全面またはその一部分に設けた凸部を示す。

図２に示すように本発明に係る太陽電池モジュール用封止材である受光面側封止材１２または裏面側封止材１４のセルストリング３が配置されない部分２１の全面またはその一部分に凸部２５が設けられている。セルストリング３が配置される部分２０に比べ、直線上にその厚みが厚く、凸部形状に造られている。セルストリング３が配置される部分２０の厚みは、０．４〜１ｍｍ程度で、またセルストリング３が配置されない部分２１の全面または一部分はセルストリング３が配置される部分２０に比べ、接続用配線１６を接続した太陽電池素子１３の厚み分だけすなわち０．４から０．９ｍｍ程度凸部形状にする。

また、その幅はセルストリングの間隔と同じか太陽電池素子１３同士を接続するときのずれ等を考慮して、それより１〜５ｍｍ程度大きめにする。

図３は本発明に係る太陽電池モジュール用封止材である受光面側封止材１２または裏面側封止材１４の別の実施例の外観を示したものである。図３において、２２はセルストリング３が配置される部分、２６はセルストリング３が配置されない全面またはその一部分に設けられた四角錐台状の凸部を示す。セルストリング３が配置される部分２２の厚みは０．４〜１ｍｍ程度で、またセルストリング３が配置されない部分２３に設けられた四角錐台状の凸部２６はセルストリング３が配置される部分２０に較べ、接続用配線１６を接続した太陽電池素子１３の厚み分だけすなわち０．４から０．９ｍｍ程度凸部形状にする。またその一辺の幅はセルストリングの間隔と同じかそれより１〜５ｍｍ程度大きめにする。図３においては凸部の形状は四角錐台状のものであるが、この形状に限定されるものではなく、その底面は他の多角形でも良いし、円錐台状や角柱状、円柱状などでも構わない。

なお、図２、図３に示すような凸部を持つＥＶＡなどの合成樹脂からなる封止材シートの作製は、この凸部形状と反対の凹凸面を持つ金型によりＥＶＡなどの合成樹脂からなる封止材を加熱しながらプレスし、冷却後脱型する方法で作製可能である。

図１に示すように、太陽電池素子１３の配線接続については、通常、この太陽電池素子１３を複数個銅箔等の接続用配線１６により直列または並列に接続して用いる。

接続用配線１６は太陽電池素子同士を電気的に接続するもので、通常厚さ０．１ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子１３の電極上にハンダ付けして用いる。

出力配線１７は太陽電池素子１３により発電された電気出力を太陽電池モジュール裏面に設けられる端子ボックス(不図示）に伝えるものであり、通常厚さ０．１ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面をハンダコートしたものを、所定の長さに切断し、その一端は接続用配線１６等にハンダ付けされ、他端は端子ボックス内のターミナルにハンダ付けされている。

太陽電池モジュールを製造するにあたっては、透光性部材１１上に凸部を設けた受光面側封止材１２を凸部のある面を上にして置く。この受光面側封止材１２の凸部の無い部分に接続用配線１６や出力配線１７を接続した太陽電池素子１３を置き、さらにその上に裏面側封止材１４、裏面シート１５を順次積層する。このような状態にして、ラミネーターにセットし、いったん減圧して各部材間の隙間にある空気を排気し、さらに押圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間加熱しこれらを一体化する。

上記の方法は、受光面側封止材１２に凸部を設けた場合の太陽電池モジュールの製造方法について説明したが、裏面側封止材１４に凸部を設けた場合については、透光性部材１１上に受光面側封止材１２、接続用配線１６や出力配線１７を接続した太陽電池素子１３を所定の位置に置く。これに凸部を設けた裏面側封止材１４を凸部のある面を下側にして、さらにこの凸部が太陽電池素子１３の無い部分に合うように調整しながら積層する。この上に裏面シート１５をさらに積層する。このようにして上記と同じようにラミネートすることで一体となる。

また、別の製造方法として、裏面シート１５上に凸部を設けた裏面側封止材１４を凸部のある面を上にして置く。この裏面側封止材１４の凸部の無い部分に接続用配線１６や出力配線１７を接続した太陽電池素子１３を置き、さらにその上に受光面側封止材１２、透光性部材１１を順次積層する。このようにして上記と同じようにラミネートすることで一体となる。

上記の製造方法は、裏面側封止材１４に凸部を設けた場合について説明したが、受光面側封止材１２に凸部を設けた場合については、背面材１５上に裏面側封止材１２、接続用配線１６や出力配線１７を接続した太陽電池素子１３を積層する。これに凸部を設けた受光面側封止材１２を凸部のある面を下側にして、さらに凸部が太陽電池素子１３の無い部分に合うように調整しながら積層する。この上に透光性部材１１をさらに積層する。このようにして上記と同じようにラミネートすることで一体となる。

また、上記の太陽電池モジュールの製造方法において、受光面側封止材１２と裏面側封止材１４ともに凸部を設けた場合についても、例えば受光面側封止材１２と裏面側封止材１４の両者に互いがラミネート時に同じ位置にならないように凸部を設けることも可能である。

このように、受光面側封止材１２と裏面側封止材１４の少なくともどちらかに図２、図３に示したようなセルストリングの配置されない部分の全面またはその一部に凸部分を設け、これを使用して上述のようにラミネートすることにより、ラミネートで受光面側封止材１２または裏面側封止材１４が加熱、押圧により広がる場合や裏面シート１５の熱収縮などがあっても、セルストリングはこの凸部により動きが制限され、セルストリング同士の間隔が広がる方向にも小さくなる方向にも歪むことがなくなり、これにより太陽電池モジュールの横方向配線に応力がかかることが無くなり、太陽電池素子と接続配線の接続強度が低下することがない。またセルストリングとセルストリングの間隔が統一され、外観の良好な太陽電池モジュールを提供することができる。

次に、この一体化した太陽電池パネルの４辺にモジュール枠（図示せず）を取り付ける。このモジュール枠は太陽電池モジュールに必要な強度やコストを考慮してアルミニウムや樹脂などで造られることが多い。アルミニウムで造る場合には、アルミニウムを押し出し成形して造られ、その表面にアルマイト処理やクリヤ塗装が施されることが多い。このようなモジュール枠を太陽電池パネル部の各辺に取り付けた後、モジュール枠の各コーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。

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。また、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適用可能である。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法における太陽電池モジュール部の構造の一例を示す図である。 本発明に係る太陽電池モジュール用封止材である受光面側封止材または裏面側封止材の一例の外観を示したものである。 本発明に係る太陽電池モジュール用封止材である受光面側封止材または裏面側封止材の別の実施例の外観を示したものである。 従来の太陽電池モジュール内の太陽電池素子の接続の状態の一例を示したものである。

符号の説明

１、１３・・・太陽電池素子
２、１６・・・接続用配線
３・・・セルストリング
４・・・横方向配線
１１・・・透光性基板
１２・・・受光面側封止材
１４・・・裏面側封止材
１５・・・裏面シート
１７・・・出力配線
２０、２２・・・セルストリングの配置される部分
２１、２３・・・セルストリングの配置されない部分
２５、２６・・・凸部

Claims (5)

1. 太陽電池素子をこの太陽電池素子の受光面側と裏面側から挟持し、減圧下にて加熱加圧し、一体化するための一対のシート状の太陽電池モジュール用封止材であって、これらの太陽電池モジュール用封止材の少なくとも一方の前記太陽電池素子と対向する面に、前記太陽電池素子を所定の部位に配置すべく、位置決め用凸部を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール用封止材。
2. 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）透光性基板の上に請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （２）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。
   （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請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （５）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に裏面シートを配する。
3. 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）透光性基板の上に請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （２）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。
   （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請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （５）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に裏面シートを配する。
4. 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）裏面シートの上に請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （２）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。
   （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請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （５）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に透光性基板を配する。
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）裏面シートの上に請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （２）上記請求項１に記載の他方の太陽電池モジュール用封止材の上に複数の太陽電池素子を配置する。
   （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請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材を配する。
   （５）上記請求項１に記載の一方の位置決め用凸部を設けた太陽電池モジュール用封止材の上に透光性基板を配する。

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