JP2005252117A

JP2005252117A - リサイクル対応型太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2005252117A
Application number: JP2004063309A
Authority: JP
Inventors: Shihobi Nakatani; 志穂美中谷; Kunimoto Ninomiya; 国基二宮
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】この発明は、太陽電池セル等の位置ずれを無くすと共に、耐候性に優れたリサイクル型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】この発明は、表面ガラス２と裏面材６との間に複数の太陽電池セル１…を封止材を用いて封止した太陽電池モジュールであって、表面ガラス２と太陽電池セル１の間及び裏面材６と太陽電池セル１の間にフィルムシート４を介在させ、表面ガラス２とフィルムシート４との間と裏面材６とフィルムシート４の間に介在させる第１の封止材３と前記フィルムシート４と太陽電池セル１との間に介在させる第２の封止材５とが相違し、前記第２の封止材５として、熱処理により分離・分解が可能な充填材を用いる。
【選択図】図３

Description

この発明は、太陽電池モジュールに関し、特に、太陽電池のリサイクル使用に好適なリサイクル対応型太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気変換できることから新しいエネルギー源として期待されている。

斯かる太陽電池を家庭或いはビル等の電源として用いるにあたっては、太陽電池１枚当たりの出力が精々数Ｗ程度と小さいことから、通常複数の太陽電池セルを電気的に直列、並びに並列に接続することで、出力を数１００Ｗにまで高めた太陽電池モジュールとして使用されている。

図７は、斯かる従来の太陽電池モジュールの一部分を示す構造断面図であり、複数の太陽電池セル１００が互いに銅箔等の導電材よりなるタブ１０２により電気的に接続され、ガラス、透光性プラスチックのような透光性を有する表面部材１３０と、アルミニウム（Ａｌ）箔を間に挟んだ弗化ビニールフィルムからなるサンドイッチ型裏面部材１２０との間に、耐候性、耐湿性に優れたＥＶＡ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、エチレン酢酸ビニル）等の透光性を有する封止材１４０により封止されている。

上記の太陽電池モジュールに使用される太陽電池セル１００は、例えば、ｐ型の導電性を有する単結晶シリコン１１１の表面に約５μｍ程度の深さにまでｎ層１１２が、ｎ型不純物を熱拡散させることにより形成されており、このｎ層１１２上に櫛型状の集電極１１３が形成されている。また、基板１１１の裏面には前記集電極１１３と対をなす裏面電極１１４とが形成されたものが用いられている。

図７に示すような従来の太陽電池モジュールにおいては、信頼性を保つために、封止材には、上記したＥＶＡなどが用いられている。しかし、例えば、ＥＶＡは長期信頼性としては良好であるが表面部材と太陽電池セルを強固に接着させるために分離が容易ではない。分離するためには、有機溶剤などを用いる必要がある。この場合には、環境面での負荷が課題となる。さらに、外的な剥離力を要するため、太陽電池セルもしくは他の部材を破壊する可能性がある。

そこで、太陽電池セルの周囲を封止材で封止する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルと封止材との間に、太陽電池セルとは接着しない非接着シートを介在させて、リサイクルを容易にする方法が提案されている（例えば、特開２００３−１４２７２０号公報）。

上記した太陽電池セルと封止材との間に、太陽電池セルとは接着しない非接着シートを介在させた場合には、モジュールを廃棄する際には、太陽電池セルの外周の非接着シートを切断することにより、容易に太陽電池セル回収することができる。
特開２００３−１４２７２０号公報

上記した回収方法においては、太陽電池セルは回収することができる。しかしながら、上記の太陽電池モジュールでは、非接着シートで太陽電池セルを挟み込んでいるため、太陽電池セル等が位置ずれを起こし易いという難点がある。

また、非接着シートで太陽セルを挟み込んでいることから、太陽電池セルは、封止材で表裏面が覆われることはない。このため、封止材により完全に被覆された従来の構造に比べると耐候性がやや落ちる虞がある。

この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、太陽電池セル等の位置ずれを無くすと共に、耐候性に優れたリサイクル型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

この発明は、表面部材と裏面部材との間に複数の太陽電池セルを封止材を用いて封止した太陽電池モジュールであって、表面部材と太陽電池セルの間及び裏面部材と太陽電池セルの間にフィルムシートを介在させ、前記表面部材とフィルムシートとの間と裏面部材とフィルムシートの間に介在させる第１の封止材と前記フィルムシートと太陽電池セルとの間に介在させる第２の封止材とが相違し、前記第２の封止材は熱処理により分離・分解が可能な充填材であることを特徴とする。

前記第１の封止材はエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用い、前記第２の封止材は熱可塑性のオレフィンをベースにした充填材を用いることができる。

前記フィルムシートは、表面部材の大きさより小さくすればよい。

上記したように、この発明に係る太陽電池モジュールによれば、太陽電池セルの周囲は、第２の封止材により封止されているので、太陽電池セルの位置ずれは起こらない。また、太陽電池セルは、フィルムシート４、第１、第２の封止材による二重封止構造となるため、耐候性などが向上し、高信頼な太陽電池モジュールが提供できる。

そして、リサイクルの際などで、太陽電池セルを取り出す場合には、第２の封止材が溶融する温度を加えることで、第２の封止材は熱可塑状態となり、太陽電池セル部分を取り出すことができる。

以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールの概略を示す分解斜視図、図２は、この発明の第１の実施形態の太陽電池モジュールの平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。

この発明の太陽電池モジュールは、図１及び図２に示すように、複数の太陽電池セル１…を備えている。この太陽電池セル１は、従来例で示すような単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系電池セルや単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造、いわゆるＨＩＴ構造の太陽電池セルなどで構成されている。この複数の太陽電池セル１の各々は互いに隣接する他の太陽電池セル１と扁平形状の銅箔などで構成されたタブ１２を介して直列に接続されている。即ち、タブ１２の一方端側が所定の太陽電池セル１の上面側の集電極に接続されるとともに、他方端側がその所定の太陽電池セル１に隣接する別の太陽電池素子１の下面側の集電極に接続される。

この実施形態においては、１２個の太陽電池セル１…を１単位ユニットとし、この実施形態では、この１単位ユニットをストリング１０としている。１個のストリング１０には、１２個の太陽電池セル１…がタブ１２を用いて直列に接続されている。そして、８つのストリングス１０が直列に接続されている。この太陽電池モジュール１１は、太陽電池セル１が１２直列×８列で構成されている。尚、直列数が増減、即ち、ストリングにおける太陽電池セル１の数が増減しても同様にこの発明は適用できる。ストリングス１０の接続は直列でも並列でもどちらでも良く、システム等に応じて適宜変更される。

この太陽電池モジュールは、太陽光線の入射側から透光性基板としての表面ガラス２、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）からなる第１の封止材３、ＰＴＦＥ（４弗化エチレン）からなるフィルムシート４、第１の封止材より加工温度が低い第２の封止材５、タブ１２によって接続された複数の太陽電池セル１…で構成されているストリングス１０、第２の封止材５、フイルムシート４、第１の封止材３、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）／アルミニウム（Ａｌ）箔／ＰＥＴの３層構造からなる裏面材６の順で積層し、一体化されている。

この実施形態においては、上記したフイルムシート４全体の大きさは、全てのストリング１０…を覆う大きさより大きく、表面ガラス２、第１の封止材３、第２の封止材５、裏面材６と同じ大きさに構成されている。

太陽電池モジュールの周囲にはアルミニウムなどからなるフレーム７が取り付けられる。

上記したように、第１の封止材３として、ＥＶＡシートを用いた場合、第２の封止材５としては、ＥＶＡシートより加工温度が低い、例えば、熱可塑性のオレフィンをベースにした充填材を用いればよい。この熱可塑性のオレフィンをベースにした封止材としては、１５０℃の温度で一体化する大日本印刷株式会社製の充填材シートを用いることができる。この充填材シートについては、例えば、コンパーテック（２００３．９）の７０頁から７３頁の「太陽電池モジュール用部材」に記載されている。

この太陽電池モジュールの製造方法の一例につき簡単に説明する。表面ガラス２の上にＥＶＡシートからなる第１の封止材３、フイルムシート４、第２の封止材５を載せた後、複数のストリングス１０を載せる。そして、その上に、第２の封止材５、フィルムシート４、第１の封止材３、ＰＥＴ／アルミニウム箔／ＰＥＴの３層構造を有する裏面材６を載せる。その後、ＥＶＡが熱架橋する温度で加熱しながら加圧することによって、表面ガラス２、第１の封止材３、フイルムシート４、第２の封止材５、タブ１２により接続した複数の太陽電池セル１からなるストリングス１０、第２の封止材５、フイルムシート４、第１の封止材３および裏面材６を一体化させる。

上記したように、太陽電池モジュールを一体化すると、図３に示すように、太陽電池セルの１の表裏は第２の封止材５により封止され、第２の封止材５と第１の封止材３との間にはフイルムシート４が介在する。そして、表面ガラス２、裏面材６は第１の封止材３で接着封止される。

このように、この実施形態においては、太陽電池セル１の周囲は、第２の封止材５により封止されているので、太陽電池セル１の位置ずれは起こらない。また、太陽電池セル１はフィルムシート４、第１、第２の封止材３、５による二重封止構造となるため、耐候性などが向上し、高信頼な太陽電池モジュールが提供できる。

そして、リサイクルの際などで、太陽電池セル１を取り出す場合には、第２の封止材５が溶融する温度、例えば、１８０℃の温度を加える。この温度を加えることで、第２の封止材５が熱可塑状態となり、表面ガラス２と第１の封止材３及びフィルムシート４、裏面材６と第１の封止材３及びフィルムシート４とが分離され、太陽電池セル１部分を取り出すことができる。この太陽電池セル１の取り出しは太陽電池セル１単体やストリング１０単位など必要に応じた形態で取り出すことができる。

ストリング１０単位での取り出しを行う場合には、隣接する太陽電池セル１同士のタブ１２を切断すること無く行える。このため、検査などを行い、ストリング１０が再利用可能な場合には、太陽電池セル１間を接続するタブ１２がそのまま利用できるので、ストリング１０間の接続だけで太陽電池モジュールを構成することができ、再利用のための作業性が向上する。

次に、この発明の第２の実施形態につき、図４及び図５を参照して説明する。図４は、この発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールの平面図、図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。尚、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるために、相違する点を中心に説明する。

この第２の実施形態は、フィルムシート４の大きさを表面ガラス２、裏面材６よりも小さくしている。即ち、上記したフイルムシート４の全体の大きさは、全てのストリング１０…を覆う大きさより、若干大きく、表面ガラス２、第１の封止材３、裏面材６より若干小さく構成されている。

このように、太陽電池モジュールの周辺部を除いては、第１の実施形態と同様であるが、フィルムシート４の大きさを表面ガラス２よりも小さくすることにより、フィルムシート４の周囲にも封止材３が回り込み、裏面材６との接着がより強固になる。

この構造の場合、リサイクルの際に、低温処理法を行なう前に、裏面材６に切り込み８を入れておくことにより、分離が容易になる。

次に、この発明の第３の実施形態につき、図６を参照して説明する。図６は、この発明の第３の実施形態の太陽電池モジュールの平面図である。尚、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるために、相違する点を中心に説明する。

第１，第２の実施形態においては、１枚のフイルムシート４で、全ての太陽電池セル１を覆っていたが、この第３の実施形態においては、フィルムシート４の大きさを太陽電池セルのストリング１０単位もしくはバイパスダイオードの接続単位としたものである。このように、ストリング１０単位、又はバイパスダイオードの接続単位にすることにより、ストリングでの取り出しが可能であるとともに、さらに裏面材６との接着をより強固にしている。

リサイクルの際の太陽電池セル１の取り出しは、裏面材６にストリングス１０単位又はバイパスダイオードの接続単位で切り込みを入れ、その後、低温処理法により分離すると、容易に太陽電池セル１がストリング１０単位で取り出せる。

また、上記したストリング１０は、太陽電池セル１を１２直列したものを１つのストリングとしている。また、バイパスダイオードを介在させる単位を１つの単位とする場合には、この実施形態では、１２直列×２列を１つのユニット単位とすればよく、このユニット単位の大きさのフィルムシートを用意すればよい。

第１の封止材３の材料としては、ＥＶＡを用いたが、ＥＶＡ以外に、ＥＭＡ（エチレン−アクリル酸メチル共重合体）、ＥＥＡ（エチレン−アクリル酸エチル共重合体）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）なども使用でき、太陽光を透過する透過性に優れていることが好ましい。また、第２の封止材５の材料としては、熱可塑性のオレフィンをベースにした充填材を用いたが、熱処理により分離・分解が可能な材料で、太陽光を透過する透過性に優れている材料で有れば用いることができる。

フィルムシート４の材料としては、ＰＴＦＥ（４弗化エチレン）を用いたが、ＰＴＦＥ以外にも、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（３弗化塩化エチレン）なども使用でき、太陽光を透過する透過性に優れていることが好ましい。

また、上記した実施形態においては、裏面材４としては、ＰＥＴ／アルミニウム（Ａｌ）箔／ＰＥＴの３層構造の積層フィルムを用いたが、積層構造に限らず単層構造のものでもよい。材料としては、ＰＥＴ、ＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロポロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＶＣ、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、ＰＶＤＣ、ＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（３弗化塩化エチレン）などを使用することができる。また、これらから選択した複数材料による複合シートでもよい。例えば，ＰＥＴ／ＰＶＦの複合シートを用いてもよい。更に、これらフィルムに無機酸化物（アルミニウム酸化物、珪素酸化物）、窒化物（ＳｉＮ）、弗化物（ＨｇＦ、ＣａＦ）等を蒸着させたシートを用いてもよい。また、フィルム間に金属箔を挟む構造としては、上記したＡｌ箔以外に、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）などの金属箔を用いてもよい。

この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールの概略を示す分解斜視図である。この発明の第１の実施形態の太陽電池モジュールの平面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。この発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールの平面図である。図４のＡ−Ａ線断面図である。この発明の第３の実施形態の太陽電池モジュールの平面図である。従来の太陽電池モジュールの一部分を示す構造断面図である。

符号の説明

１太陽電池セル
２表面ガラス
３第１の封止材（ＥＶＡ）
４フイルムシート
５第２の封止材
６裏面材
７フレーム
１０ストリングス
１２タブ

Claims

表面部材と裏面部材との間に複数の太陽電池セルを封止材を用いて封止した太陽電池モジュールであって、表面部材と太陽電池セルの間及び裏面部材と太陽電池セルの間にフィルムシートを介在させ、前記表面部材とフィルムシートとの間と裏面部材とフィルムシートの間に介在させる第１の封止材と前記フィルムシートと太陽電池セルとの間に介在させる第２の封止材とが相違し、前記第２の封止材は熱処理により分離・分解が可能な充填材であることを特徴とするリサイクル対応型太陽電池モジュール。
前記第１の封止材はエチレン−酢酸ビニル共重合体からなり、前記第２の封止材は熱可塑性のオレフィンをベースにした充填材であることを特徴とする請求項１に記載のリサイクル対応型太陽電池モジュール。
前記フィルムシートは、表面部材の大きさより小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリサイクル対応型太陽電池モジュール。