JP2006073865A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は枠付き太陽電池モジュールに関しており、特に枠から抜け難い構造とし、強風時の耐久性を向上したことを特徴としたものに関する。
【解決手段】 少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、枠材とからなる太陽電池モジュールにおいて、前記被覆材は少なくとも充填材と最表面被覆材により構成しており、前記枠材内に挿入する領域における前記最表面被覆材の受光面上にはテクスチャが形成されていることを特徴とする太陽電池モジュールである。
【選択図】 図１

Description

本発明は太陽電池モジュールに関する。

従来から環境問題に対する意識の高まりが、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ２排出に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、クリーンなエネルギーへの希求はますます強まってきている。太陽電池は現在のところ、その安全性と扱いやすさから、クリーンなエネルギー源として期待のもてるものだということができる。

太陽電池には様々な形態がある。代表的なものとしては、結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜結晶太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルフアスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池などがある。この中で、薄膜結晶シリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池などの薄膜系太陽電池は比較的低コストで大面積化が可能であり、また、使用原料が少ないという利点を有するために、最近では各方面で活発に研究開発が進められている。

太陽電池モジュールの形態として周囲を枠材で支持するタイプがある。図５は従来の枠材を使用した太陽電池モジュールの概略図である。図において５０１は受光面部、５０２は枠材である。

また図６は図５の太陽電池モジュールの断面図である。図において６０１は光起電力素子、６０２は最表面被覆材、６０３は最裏面被覆材、６０４は充填材、６０５は枠材である。

このように光起電力素子６０１は充填材６０４に封入され、さらに外側は最表面被覆材６０２、最裏面被覆材６０３で被覆され、最後に周囲が枠材６０５（５０２）で支持されて太陽電池モジュールが形成される。

図７は図６の枠材が取り付けられた太陽電池モジュールの端部の断面図である。図において７０１は光起電力素子、７０２は最表面被覆材、７０３は最裏面被覆材、７０４は充填材、７０５は接着封止材、７０６は枠材である。

図のように最表面被覆材７０２、充填材７０４、最裏面被覆材７０３の端部は、枠材７０６の溝に挿入され、この溝内で接着封止材７０５により封入されることにより機械的に固定され、水密性が保持されている。

特開平４−３４３４８１号公報（特許文献１）には枠材を使用した太陽電池モジュールが開示されている。

特開平５−８２８２０号公報（特許文献２）には枠材からの被覆材抜け防止構造を有する枠材を使用した太陽電池モジュールが開示されている。
特開平４−３４３４８１号公報 特開平５−８２８２０号公報

上述のような枠材を有する太陽電池モジュールの場合、課題の一つとして軽量化がある。軽量化すると施工性が著しく向上する。軽量化を図る上では、被覆材を薄くする、あるいは材質を変更すると有効である。充填材７０４、最表面被覆材７０２、また最裏面被覆材７０３を薄くすることで軽量化が図れる。または、最表面被覆材７０２はガラスを使用せずに耐候性透過性樹脂フィルムを使用する、あるいは最裏面被覆材７０３として金属製鋼板の代わりに耐候性樹脂フィルム等のフィルム部材を使用することで大きな軽量化が図れる。

しかしながら、上述のように軽量化を図ると枠材に囲まれた光起電力素子の被覆部がたわみやすくなる。この場合、大きな風圧を受けると枠材から被覆材の端部が抜けやすくなってしまう。

これに対して前述した特開平５−８２８２０に開示してあるように、被覆材端部に貫通穴を形成し、さらに枠材に突起部を形成する方法で枠材との接合性を高める方法も考えられる。しかしながらこのような方法では、製造工程が煩雑になりコストがかかりすぎる。

以上より、枠材からの被覆材抜け防止を図ることができて、かつ製造工程が煩雑とならない太陽電池モジュール太陽電池モジュールが求められていた。

そこで本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような太陽電池モジュールが最良であることを見いだした。すなわち本発明は少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、枠材とからなる太陽電池モジュールにおいて、前記被覆材は少なくとも充填材と最表面被覆材により構成しており、前記枠材内に挿入する領域における前記最表面被覆材の受光面上にはテクスチャが形成されていることを特徴とする太陽電池モジュールである。

また、前記枠材内に挿入する領域における前記最表面被覆材の受光面上のテクスチャの最大高さＲｚは０．２ｍｍ以上であることが好ましい。

また、前記枠材内に挿入する領域における前記最表面被覆材の受光面上のテクスチャの算術平均荒さＲａは３５μｍ以上であることが好ましい。

また、枠材内に挿入されない領域における前記最表面被覆材には、最大高さＲｚが５μｍ以上２０μｍ以下のテクスチャが全面にわたり形成されていることが好ましい。

さらには、前記最表面被覆材はフッ化物重合体であり、前記樹脂フィルムは両面が放電処理されていることが好ましい。
（作用）
少なくとも、枠材内に挿入する部分の最表面被覆材にテクスチャが設けられているので、枠材内の挿入部分の接着封止材と、最表面被覆材との間の接着強度が増大する。そのため枠材から封止材端部が抜け難い構造とできるので、風荷重に対する耐久性が向上する。また、被覆材の一体成形時あるいはフィルム製造時に簡単にテクスチャ処理できるため、本発明の太陽電池モジュールを製造する上で何ら煩雑とはならない。

枠材挿入部の接着封止材と、最表面被覆材の接着強度が増大するため、枠材から封止材端部が抜け難い構造とできるため、風荷重に対する耐久性が向上する。また、被覆材の一体成形時あるいはフィルム製造時に簡単にテクスチャ処理できるため、本発明の太陽電池モジュールを製造する上で何ら煩雑とはならない。

図１は本発明の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。図において１０１は光起電力素子、１０２は最表面被覆材、１０３は最表面被覆材の枠材への挿入部、１０４は最裏面被覆材、１０５は充填材、１０６は接着封止材、１０７は枠材である。

図のように、太陽電池モジュールの最表面被覆材１０２の枠材１０７への挿入部２０２にテクスチャ処理１０３しておくことで接着強度を向上することができる。テクスチャ処理することにより最表面被覆材１０２の表面凹凸の高低差をより大きくすることができる。また、防眩性を確保するため太陽電池モジュール受光面部の最表面被覆材１０２上は全面にテクスチャ構造を有していてもかまわない。

最表面被覆材の枠材挿入部１０３でのテクスチャの最大高さＲｚを大きくすることにより、最表面被覆材と接着封止材１０６間での接着強度が高くなり、枠材から被覆材端部が抜け難くなる。

以下に、本発明の太陽電池モジュールを構成する各部材についてさらに詳しく説明する。

〔光起電力素子〕
本発明で使用する光起電力素子は特に限定はない。例えば結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜結晶太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルフアスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池などがある。この中で、薄膜結晶シリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅インジウムセレナイド太陽電池などの薄膜系太陽電池は比較的低コストで大面積化が可能であり、また使用原料が少ないという利点があるため好適に用いられる。

〔枠材〕
光起電力素子を封止材で被覆した後、その周囲を囲んで支持し、太陽電池モジュールの機械的強度を保持するために使用する。またこの枠材を通してビス留めすることにより太陽電池モジュールを設置面へ固定できる。

求められる特性としては耐腐食性、耐候性、軽量であること等が挙げられる。また、光起電力素子の封止材端部を支持するための溝、そして設置面へ固定するための固定穴などが構成されていれば好ましい。使用する材質としてはアルミニウムが適用可能であるが特に限定はない。

〔充填材〕
光起電力素子を封止する材料のことであり、求められる特性としは、耐候性、耐熱性、光透過性、防水性などが挙げられる。一般的にはＥＶＡを使用できるが特に限定はない。

〔最表面被覆材〕
光起電力素子の封止材の最も受光面に使用する材料のことである。求められる特性は耐候性、光透過性、接着性が挙げられる。材料としては好適にはフッ化物重合体を使用できる。

また光起電力素子の充填材との接着、あるいは枠材内での接着封止材と接着するため、両面が放電処理されているとより好ましい。このように放電処理を行なう上で、親水性が向上するため、更に防汚性が向上する効果がある。放電処理としては例えばコロナ放電、プラズマ放電、プラズマ放電、グロー放電により行なう。

また太陽電池モジュールの受光面側の被覆材として使用するので汚れが堆積し難いように、また防眩性を確保するために表面にテクスチャ処理されているものを使用できる。このテクスチャの凹凸の高い箇所と低い箇所の高低差のことを最大高さＲｚとして表す。

フッ化物重合体フィルムはこのテクスチャの最大高さＲｚを小さくすることで、水の接触角が増大し、汚れが流れやすくなる。汚れが堆積しにくい最大高さＲｚは５〜２０μｍの範囲が好ましい。

〔テクスチャ〕
テクスチャとは、受光面が凹凸処理されている状態のことである。最表面被覆材にテクスチャを設ける場合は放電処理前に設けるのが好ましく、フィルム製造時に形成することが好ましい。形成方法は以下の手法が可能である。
(1) 融したフッ化物重合体をスリットより押し出してフィルムに成型する際に、押し出し後、表面に不規則な凹凸模様が形成されている冷却ロールを押し付けて、フィルム表面に凹凸テクスチャを転写する方法
(2) サンドブラスト法
テクスチャの形成には、この他に光起電力素子と被覆材とをラミネートする際に、凸凹の成形型を受光面にあてて、最表面被覆材表面に凸凹のテクスチャを形成することもできる。

本発明においては、最表面被覆材の枠材内へ挿入される部分のテクスチャの最大高さＲｚを大きくしたものを使用する。挿入部分のテクスチャを大きくする手法としては以下の手法が可能である。

（１） フィルム表面に凹凸テクスチャを転写する時に、挿入部分のテクスチャの最大高さＲｚが大きくなるような表面形状の冷却ロールを押し付ける。

（２） 受光面となるエリアをマスキングして挿入部分に対して砂径の大きいものでサンドブラストする。

（３） 光起電力素子のラミネート時に最表面被覆材の受光面側から挿入部分にあたる領域に凸凹の大きいテクスチャ成形型を押し当てることにより形成する。

フッ化物重合体の場合、接着剤との接着性が悪いので、枠材内へ挿入される部分の最表面被覆材の大きな高低差のテクスチャとして、最大高さＲｚは、好適には０．２ｍｍ以上である。このとき、最大高さＲｚが大きくなり過ぎると、上述の（１）（２）の方法では形成できない。（１）（２）の手法で可能な最大高さは、最表面被覆材の厚さ以内である。これ以上に最大高さが大きくなる場合（３）の手法で形成する。

また テクスチャの密度が高い場合、すなわち凹凸の単位面積当たりの数が多い場合、接着封止材と最表面被覆材間のテクスチャ処理部の接着面積が大きくなるため、より大きな接着力が得られる。算術平均粗さＲａはテクスチャ密度が高ければ値が大きくなる。フッ化物重合体フィルムの最大高さＲｚが０．２ｍｍ以上で、算術平均粗さＲａは３５μｍ以上であれば、テクスチャの凸凹密度は十分に高くなるので特に好ましい。

以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

光起電力素子を封止材により一体成形する時に、テクスチャ成形型によりテクスチャ処理する例である。

まず光起電力素子は、導電性基板上に裏面反射層、半導体光活性層、透明電極層を順次形成し、透明電極層の上に櫛型の集電電極とそれに接続したバスバー電極を有するアモルファスシリコン太陽電池（光起電力素子）を作製する。直並列接続することにより寸法は７２０ｍｍ×１２００ｍｍとしている。

次に光起電力素子を一体成形封止する。図８は本実施例１の太陽電池モジュールで使用する光起電力素子を封止するために被覆材を積層しているところを表す図である。図において８０１は光起電力素子、８０２は充填材、８０３は最裏面被覆材、８０４は最表面被覆材である。光起電力素子８０１は上記で説明したものを使用し、充填材８０２はＥＶＡ、最裏面被覆材８０３はＰＥＴフィルム、最表面被覆材８０４はフッ化物重合体フィルムを使用する。充填材８０２、最表面被覆材８０４、最裏面被覆材８０４は全て寸法が８２０ｍｍ×１３００ｍｍ寸法のものを使用する。このとき、最表面被覆材８０４は厚さが５０μｍであり、全面にテクスチャ処理されているフッ化物重合体フィルムを使用し、この全面テクスチャの最大高さＲｚ´は１２μｍのものを使用している。

次にテクスチャ成形型の押し当て方法について説明する。図９は本発明の実施例１で使用するテクスチャ成形型を使用しているところを説明するための図である。図において９０１は被覆材、９０２はテクスチャ成形型である。テクスチャ成形型９０２は、被覆材９０１の周囲が４０ｍｍ幅でテクスチャ処理できるように外側寸法は８２０ｍｍ×１３００ｍｍ、内側の開口部寸法は７４０ｍｍ×１２２０ｍｍとなっている。また被覆材９０１と接する側には凹凸形状が形成されている。

図１０は図９の断面図である。図において１００１はテクスチャ成形型である。このように、光起電力素子の周囲をテクスチャ成形型１００１（９０２）により凹凸形成処理する。テクスチャ成形型１００１を位置合わせして配置して、真空引き、加熱処理して光起電力素子をラミネートし、ラミネート封止体を作製する。

図１１は実施例１で使用する光起電力素子のラミネート封止体の断面図である。図において１１０１は最表面被覆材、１１０２は最表面被覆材の枠材への挿入部、１１０３は光起電力素子、１１０４は充填材、１１０５は最裏面被覆材である。

また図２は本発明実施例１で使用する光起電力素子のラミネート封止体の全体図である。図において２０１は光起電力素子の受光面部、２０２は最表面被覆材の枠材への挿入部である。このように、最表面被覆材の周囲にテクスチャ処理し最表面被覆材の枠材への挿入部２０２（１１０２）を形成できる。本実施例での枠材挿入部のテクスチャの最大高さのＲｚは０．５ｍｍとしている。また算術平均粗さＲａは１００μｍとしている。

次に枠材を取り付ける。図１２は本発明実施例１の光起電力素子のラミネート封止体に枠材を取り付けるところを説明するための概略図である。図において１２０１は光起電力素子の受光面部、１２０２は最表面被覆材の枠材への挿入部、１２０３は枠材である。図のように、光起電力素子のラミネート封止体の周囲に枠材１２０３を取り付ける。枠材は短辺枠材の寸法は４０ｍｍ幅×５０ｍｍ高さ×７４０ｍｍ長さで、長辺枠材の寸法は４０ｍｍ幅×５０ｍｍ高さ×１３００ｍｍ長さのものを使用する。枠材１２０３の溝に光起電力素子のラミネート封止体の端部を挿入する。このとき接着封止材（不図示）を予め溝内に塗布しておく。接着封止材としてはシリコーン樹脂接着剤を使用する。そして短辺枠材と長辺枠材をそれぞれビス留め（不図示）固定する。

図１は本発明の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。（図中の符号は説明済）また図１４は図１の最表面被覆材の枠材挿入部の拡大図である。図において１４０１は最表面被覆材の枠材挿入部、１４０２は接着封止材、１４０３は枠材である。図のように、予めフィルムにテクスチャ成形したものを更にラミネート時の成形型でテクスチャを設けているので、テクスチャ処理部は２重のテクスチャ構造を有している。

上述のように作製することで、枠材に挿入された部分での最表面被覆材のテクスチャ処理部１０３の最大高さＲｚが大きいので接着封止材１０６とテクスチャ処理部１０３間での接着強度がアンカー効果により大きくなり、枠材から封止材端部が抜け難くなる。

本実施例の場合、テクスチャ処理部は２重のテクスチャ構造を有する。そのため飛躍的な接着強度の向上が見込める。また、前記フィルムに予め形成したテクスチャは防眩性を向上させる他、フィルムの汚れ防止の効果もある。その結果、風荷重に対する耐久性が向上する。

また本発明によれば、枠材との接着性を強化するためのテクスチャの形成は、従来からのラミネート工程で行えるので、製造工程を複雑にすることはない。

最表面被覆材は被覆材の製造工程で、予め全面テクスチャ処理されていないものを使用しており、それ以外は実施例１と同様に作製した例である。

図１３は本発明の実施例２の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。図において１３０１は光起電力素子、１３０２は最表面被覆材、１３０３は最表面被覆材の枠材への挿入部、１３０４は充填材、１３０５は接着封止材である。図のように最表面被覆材１３０２は全面にテクスチャ処理されていない。枠材への挿入部だけがテクスチャ処理１３０３されている。

このように枠材に挿入される部分だけがテクスチャ処理されているだけでも、従来例に対して封止部端部から枠材が抜け難い構造にすることができる。

枠材内へ挿入される最表面被覆材のテクスチャ処理を、フィルム成形時に形成した最表面被覆材を使用した例である。

図３は本発明実施例３の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。図において３０１は光起電力素子、３０２は最表面被覆材、３０３は最表面被覆材の枠材への挿入部、３０４は接着封止材、３０５は枠材である。図において最表面被覆材３０２は厚さ３００μｍ品を使用し、全面にテクスチャ処理されているものを使用している。枠材との挿入部以外の領域のテクスチャの最大高さＲｚ´は１０μｍである。また枠材への挿入部３０３も、フィルムの製造時にエンボス付きの冷間ロールを押圧して形成している。枠材への挿入部３０３の最大高さＲｚは２００μｍ（０．２ｍｍ）である。また算術平均粗さＲａは４０μｍである。

上記の最表面被覆材を使用し、ラミネート時にテクスチャ成形型を使用しなかった以外は実施例１と同様に作製する。

本実施例では、実施例１のようにラミネート工程においてテクスチャを別途設ける型を必要としない。汚れ防止のためのテクスチャと枠材への接着力向上のためのテクスチャを同時に形成できるため、さらに製造工程が簡易になるメリットがある。

枠材への挿入部のテクスチャの最大高さが大きく、かつテクスチャの密度を高くした例である。

図４は本発明実施例４の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。図において４０１は光起電力素子、４０２は最表面被覆材、４０３は最表面被覆材の枠材への挿入部、４０４は接着封止材である。図において最表面被覆材４０２は厚さ３００μｍ品を使用し、全面にテクスチャ処理されているものを使用している。この全面テクスチャの最大高さＲｚ´は１０μｍである。また最表面被覆材の枠材への挿入部４０３のテクスチャは、フィルムの製造時にエンボス付きの冷間ロールを押圧して形成している。この枠材への挿入部のテクスチャの最大高さＲｚは２００μｍ（０．２ｍｍ）であり、算術平均粗さＲａは７０μｍのものを使用している。

上記の最表面被覆材を使用した以外は実施例３と同様に作製する。テクスチャの密度を高くすることにより、テクスチャ処理部４０３と接着封止材４０４との接着力がさらに大きくなり、より大きな効果が得られる。

本発明の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。 本発明実施例１で使用する光起電力素子のラミネート封止体の全体図である。 本発明実施例３の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。 本発明実施例４の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。 従来の枠材を使用した太陽電池モジュールの概略図である 図５の太陽電池モジュールの断面図である。 図６の枠材が取り付けられた太陽電池モジュールの端部の断面図である。 本実施例１の太陽電池モジュールで使用する光起電力素子を封止するために被覆材を積層しているところを表す図である。 本発明の実施例１で使用するテクスチャ成形型を使用しているところを説明するための図である。 図９の断面図である。 実施例１で使用する光起電力素子のラミネート封止体の断面図である。 本発明実施例１の光起電力素子のラミネート封止体に枠材を取り付けるところを説明するための概略図である。 本発明の実施例２の太陽電池モジュールを説明するための概略断面図である。 図１の最表面被覆材の枠材挿入部の拡大図である。

符号の説明

１０１、３０１、４０１、６０１、７０１、８０１、１１０３、１３０１ 光起電力素子
１０２、３０２、４０２、６０２、７０２、８０４、１１０１、１３０２ 最表面被覆材
１０４、６０３、７０３、８０３、１１０５ 最裏面被覆材
１０５、６０４、７０４、８０２、１１０４、１３０４ 充填材
１０６、３０４、７０５、１３０５、１４０２ 接着封止材
１０７、３０５、５０２、６０５、７０６、１２０３、１４０３ 枠材
２０１、５０１、１２０１ 光起電力素子の受光面部
１０３、２０２、３０３、１１０２、１２０２、１３０３、１４０１ 最表面被覆材の枠材への挿入部
９０１ 被覆材
９０２、１００１ テクスチャ成形型

Claims (6)

1. 少なくとも光起電力素子と、前記光起電力素子の被覆材と、枠材とからなる太陽電池モジュールにおいて、前記被覆材は少なくとも充填材と最表面被覆材により構成しており、前記枠材内に挿入する領域における前記最表面被覆材の受光面上にはテクスチャが形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記枠材内に挿入する領域における前記最表面被覆材の受光面上のテクスチャの最大高さＲｚは０．２ｍｍ以上であ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。
3. 前記枠材内に挿入する領域における前記最表面被覆材の受光面上のテクスチャの算術平均荒さＲａは３５μｍ以上であ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。
4. 枠材内に挿入されない領域における前記最表面被覆材には、最大高さＲｚが５μｍ以上２０μｍ以下のテクスチャが全面にわたり形成され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。
5. 前記最表面被覆材はフッ化物重合体であ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。
6. 前記樹脂フィルムは両面が放電処理され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。

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