JP2006100527A - 太陽電池用表面保護シート及び太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の表面に配置するガラス基板に替わって、水蒸気・ガスバリア性と耐候性のあるフレキシブル且つ透明な合成樹脂フィルムを太陽電池の表面に配置することにより、太陽電池の軽量化とフレキシブル化による太陽電池製品のアッセンブル作業の容易性を付与し、フィルムの防湿性と耐候性の向上によるフィルム劣化の防止を実現し、出力低下や劣化の発生の無い太陽電池を製造するための太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムからなる表面樹脂フィルム層１１の単層、又は該表面樹脂フィルム層１１と該表面樹脂フィルム層１１の裏面に透明な内面基材フィルム層１２を備える太陽電池用表面保護シートであり、該表面保護シートの裏面に、表面透明電極パターン２と、シリコン薄膜パターン３と、裏面透明電極パターン４とを備える太陽電池モジュールである。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池の製造に用いる表面保護シートに関し、特に耐候性があり且つ廉価である太陽電池用表面保護シート及びその太陽電池用表面保護シートを用いた太陽電池モジュールに関する。

一般に、シリコン系の太陽電池は、例えば、図４の側断面図に示すように、その太陽電池の表面側から順に、ガラス基板１の片面にパターン状に設けたＩＴＯ薄膜等の表面透明電極パターン２（インターコネクタ）と、各々表面透明電極パターン２上に設けた起電用のシリコン薄膜パターン３（アモルファスシリコン）等からなる起電用セル部８と、該起電用セル部８に、前記各々表面透明電極パターン２と電気的に接続した裏面透明電極パターン４（インターコネクタ）と、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等からなる充填材５と、プラスチックシートからなる裏面保護シートあるいはバックシート６とからなる積層構造の太陽電池モジュールにより構成されている。

そして、各々シリコン薄膜パターン３は、その表面側の透明電極パターン２と裏面側の透明電極パターン４とにより挟まれて直列に配置されて、ガラス基板１側から各々シリコン薄膜パターン３に入射した太陽光線Ｌのエネルギーによる光電効果によって電位差を発生させるものである。

ところで、一般的に太陽電池は、太陽電池の屋外での使用を考慮して、機械的な強度と耐候性や防湿性を備えていることが必要であり、その表面に配置されたガラス基板１は、太陽電池の表面を保護する表面保護シートとしての役割を担っている。

また、太陽電池の裏面保護シートあるいはバックシート６は、太陽電池モジュールの起電部分であるシリコン薄膜パターン３の湿度による劣化を防止するために、太陽電池モジュールの裏面側に配置されていて、水蒸気バリア性やガスバリア性の機能を持ったシートが用いられている。

太陽電池の表面に配置される前記ガラス基板本体は、表面保護シートとしての強度を十分に保持するために、その厚さを所定厚さ以上に設定する必要があり、そのために、太陽電池本体の重量が増大する傾向がある。

また従来の太陽電池は、柔軟性のないガラス基板を用いているために、折り曲げできず、メーカーでの太陽電池モジュール生産工程や、アッセンブル工程における作業性やユーザーによる太陽電池製品の据え付け時における作業性が悪い面があり、また、価格的にも高価であって、太陽電池の普及を妨げる要因ともなっていた。

そこで、太陽電池の軽量化や低価格化のひとつとして、ガラス基板を合成樹脂フィルム化するという対策が検討されてきている。

しかしながら、ガラス基板のような透明性に優れる合成樹脂フィルムとして、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた場合には、水蒸気・ガスバリア性の不足による防湿性不足や耐候性不足によりフィルムの劣化が発生しやすく、そのために太陽電池の出力低下など太陽電池の劣化が発生するなどの問題がある。

本発明の課題は、太陽電池用の表面保護シート及びそれを用いた太陽電池モジュールであって、従来の太陽電池の表面に配置するガラス基板に替わって、水蒸気・ガスバリア性と耐候性のあるフレキシブル且つ透明な合成樹脂フィルムを太陽電池の表面に配置することにより、太陽電池の軽量化とフレキシブル化による太陽電池製品のアッセンブル作業の容易性を付与し、フィルムの防湿性と耐候性の向上によるフィルム劣化の防止を実現し、出力低下や劣化の発生の無い太陽電池を製造するための太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムからなる表面樹脂フィルム層１１を備えていることを特徴とする太陽電池用表面保護シートである。

本発明の請求項２に係る発明は、透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂からなる表面樹脂フィルム層１１と、該表面樹脂フィルム層１１の裏面に、透明な内面基材フィルム層１２を備えることを特徴とする太陽電池用表面保護シートである。

本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２に係る太陽電池用表面保護シートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュールである。

本発明の太陽電池用表面保護シートによれば、表面保護シートを形成する表面樹脂フィルム層に、耐熱性、耐候性、防湿性のある透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムを使用しているので、耐熱性、耐候性、防湿性のある表面保護シートとして太陽電池の表面（外面）を保護できるとともに、太陽電池モジュールの透明電極層やシリコン層（起電層）などモジュール形成用の基材シートとしても利用でき、従来のガラス基板と比較して、より軽量化と低価格化が達成でき、太陽電池の用途と普及の拡大に、優れた効果がある。

本発明を実施の形態に基づいて以下に詳細に説明すれば、本発明の太陽電池用表面保護シートの一実施の形態は、図１の表面保護シート７の側断面図に示すように、透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムによる単一素材層を用いた表面樹脂フィルム層１１から構成されているものである。

また、本発明の他の実施の形態としては、図２の表面保護シート７の側断面図に示すように、太陽電池の表面側（外面側）となる表面に、透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムによる表面樹脂フィルム層１１を備え、該表面樹脂フィルム層１１の裏面に、透明な内面基材フィルム層１２を備えるものである。

そして、前記表面保護シート７の表面樹脂フィルム層１１と内面基材フィルム層１２とは、単に互いに重ね合わせて積層されていてもよいし、図２に示すように、適宜に接着剤層１３を介して接着されて積層ラミネートされていてもよい。

前記表面樹脂フィルム層１１には、耐熱性と、耐候性と、防湿性とを備えた透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルム（例えば、クララス；ハネウェル社製）が使用される。

前記表面樹脂フィルム層１１に使用されるポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィル
ムの厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、５μｍ〜３００μｍ程度が適当であり、特に図１に示すような単一層構成の場合には、機械的強度を考慮した厚さとして、少なくとも５０μｍ以上の厚さが必要である。

例えば、上記表面樹脂フィルム層１１の厚さを５μｍ以下の薄膜とした場合には、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムそのもののフィルムの製造が難しく、また、薄膜とした場合には防湿性も劣るために、太陽電池用の表面保護シートとしての機能が達成されなくなる。他方、上記表面樹脂フィルム層１１の厚さを３００μｍ以上の厚膜とした場合には、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムの価格が高くなって経済的ではない。

そこで、本発明においては、図２に示すように、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムからなる表面樹脂フィルム層１１の下地フィルムとして、透明な基材フィルムである内面基材フィルム層１２を積層することにより、表面樹脂フィルム層１１が薄膜であっても、機械的強度を低下させず、経済的な配慮がなされた表面保護シート７とすることができる。

表面保護シート７の耐候性と防湿性は、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルムによって付与されるので、内面樹脂フィルム層１２には、太陽光線を良好に透過し、太陽電池の発電効率を低下させない高透過率の樹脂フィルムを使用することが望まれる。

そこで、内面樹脂フィルム層１２に使用する樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、アクリルフィルム（メチルメタアクリレートフィルム）、ポリカーボネートフィルム、環状オレフィン（ＣＯＣ）フィルム等が好適である。

また、内面樹脂フィルム層１２に使用する樹脂フィルムの厚さは、２５〜３００μｍ程度が適当であり、厚さが２５μｍより薄い場合には、機械的な強度が不足し、３００μｍより厚いの場合には、フィルムの価格が高くなって経済的でない。

図３は、本発明の上記の太陽電池用表面保護シート７を用いて作製したシリコン系の太陽電池モジュールの模式的な側断面図であり、その太陽電池の表面側から順に、本発明の太陽電池用表面保護シート７の片面に、表面透明電極パターン２（インターコネクタ）とシリコン薄膜パターン３などから構成される太陽電池の起電用セル部８と裏面透明電極パターン４（インターコネクタ）とを直列に電気的に接続し、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等からなる充填材５と、プラスチックシートからなる裏面保護シートあるいはバックシート６とを積層し、本発明の表面保護シート７とバックシート６との間隔を、スペーサー１５にて保持した積層構造により構成されている。

前記起電用セル部８は、太陽電池用表面保護シート７の内面、該表面保護シート７を樹脂フィルム基材として、蒸着法及びフォトファブリケーション法等によって形成されていてもよい。

以下に、本発明の太陽電池用表面保護シートの具体的実施例について説明する。

＜実施例１＞
表面樹脂フィルム層１１として透明なポリクロロトリフルオロエチレンフィルム（厚さ７６μｍ）の単層を用いて太陽電池用表面保護シート７とした。

この表面保護シート７を１００ｍｍ角にカットして、図３に示すように、表面保護シー
ト７と、充填材５として厚さ２００μｍの紫外線吸収剤入りエレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）フィルムと、ＩＴＯ透明電極パターン２、シリコン薄膜パターン３などから構成される太陽電池の起電用セル部８、ＩＴＯ透明電極パターン４と、さらに充填材５として紫外線吸収剤入りエチレン酢酸ビニルフィルム（ＥＶＡ、厚さ８０μｍ）と、水蒸気バリア性（ガスバリア性）のある樹脂フィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム、ナイロンフィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムなど）や、水蒸気バリア（ガスバリア）機能を持った酸化珪素や酸化アルミ等の無機化合物の蒸着薄膜やアルミ等の金属の蒸着薄膜を形成した蒸着樹脂フィルムやアルミニウム箔（例えば、厚さ；５０〜３００μｍ）等からなるバックシート６（又は裏面保護シート）とを積層して重ね合わせ、１５０℃、３０分、気圧１ｔｏｒｒの真空加熱によりラミネートして実施例１の太陽電池モジュールを作製した。

＜実施例２＞
表面樹脂フィルム層１１として予めプラズマ処理した透明なポリクロロトリフルオロエチレンフィルム（厚さ２０μｍ）の片面に、接着剤層１３としてウレタン系接着剤（主剤；タケラックＡ５１１、硬化剤；Ａ５０、主剤：硬化剤＝１０：１、三井武田ケミカル（株）製）を塗布量５ｇ／ｍ² 塗布した後、内面樹脂フィルム層１２として透明なポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ５０μｍ、Ｓ１０；東レ（株）製）を貼り合わせて太陽電池用表面保護シート７とした。

この表面保護シート７を１００ｍｍ角にカットして、図３に示すように、表面保護シート７と、充填材５として厚さ２００μｍの紫外線吸収剤入りエレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）フィルムと、ＩＴＯ透明電極パターン２、シリコン薄膜パターン３などから構成される太陽電池の起電用セル部８、ＩＴＯ透明電極パターン４と、さらに充填材５として紫外線吸収剤入りエチレン酢酸ビニルフィルム（ＥＶＡ、厚さ８０μｍ）と、水蒸気バリア性（ガスバリア性）のある樹脂フィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム、ナイロンフィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルムなど）や、水蒸気バリア（ガスバリア）機能を持った酸化珪素や酸化アルミ等の無機化合物の蒸着薄膜やアルミ等の金属の蒸着薄膜を形成した蒸着樹脂フィルムやアルミニウム箔（例えば、厚さ；５０〜３００μｍ）等からなるバックシート６（又は裏面保護シート）とを積層して重ね合わせ、１５０℃、３０分、気圧１ｔｏｒｒの真空加熱によりラミネートして実施例２の太陽電池モジュールを作製した。

＜比較例１＞届出書の実施例３に該当
上記実施例１の太陽電池用表面保護シート７として、厚さ４ｍｍの透明なガラス基板を用いた以外は、実施例１と同様にして比較例１の太陽電池モジュールを作製した。

＜比較例２＞届出書の実施例４に該当
上記実施例１の太陽電池用表面保護シート７として、透明なポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ１２５μｍ、Ｓ１０；東レ（株）製）の単層を用いた以外は、実施例１と同様にして比較例２の太陽電池モジュールを作製した。

＜比較例３＞届出書の実施例５に該当
上記実施例２における表面樹脂フィルム層１１として透明な酸化珪素蒸着薄膜層を有する蒸着ポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ１２μｍ）を用い、上記実施例２における内面樹脂フィルム層１２として透明なポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ１２０μｍ、Ｓ１０；東レ（株）製）を用いた以外は、実施例２と同様にして比較例３の太陽電池モジュールを作製した。

＜比較結果＞
上記実施例１〜実施例２にて作製した太陽電池モジュールに使用した太陽電池用表面保護シートと、上記比較例１〜比較例３にて作製した太陽電池モジュールに使用した太陽電池用表面保護シートとの比較結果を、下記表１に示す。

＜評価方法＞
重量（ｋｇ／ｍ² ）；表面保護シートの１ｍ×１ｍ（１ｍ² ）の重さを測定した。

防湿性；ＪＩＳ Ｋ７１２９に準ずる。（４０℃、９０％ＲＨ）
耐候性；表面保護シートを８５℃、９０％ＲＨの環境下にて、
３０００時間保存後の外観、物性の劣化の度合い。

発電出力試験；太陽電池モジュールを８５℃、９０％ＲＨ環境下にて、
５００時間保存後の発電出力試験
コスト；表面保護シートに用いるガラス基板の価格を１００とした場合の
表面保護シートの価格
＜評価＞
表１に示すように、上記実施例１により得られた本発明の太陽電池用表面保護シートは重量がきわめて軽量（０．１６ｋｇ／ｍ² ）であり、防湿性（０．０８ｇ／ｍ² ・ｄａｙ）にも優れ、また、耐候性、曲げ性（フレキシブル性）が良好であり、また、発電試験における出力の低下がなく良好であり、また、製造コストにおいても従来のガラス基板を用いた場合の製造コストの６０％であった。

また、上記実施例２により得られた本発明の太陽電池用表面保護シートも重量がきわめて軽量（０．１２ｋｇ／ｍ² ）であり、防湿性（０．３０ｇ／ｍ² ・ｄａｙ）にも優れ、また、耐候性、曲げ性（フレキシブル性）が良好であり、また、発電試験における出力の低下がなく良好であり、また、製造コストにおいても従来のガラス基板を用いた場合の製造コストの４０％であった。

上記比較例１により得られた太陽電池用表面保護シートは重量が１０ｋｇ／ｍ² であって、実施例１、２の場合と比較して重く、防湿性（０ｇ／ｍ² ・ｄａｙ）、耐候性はきわめて良好であるものの、曲げ性（フレキシブル性）に乏しく、また、発電試験における出力の低下がなく良好であるものの、製造コストにおいては、従来のガラス基板を用いた場合の製造コストと同じで高コストであった。

上記比較例２により得られた太陽電池用表面保護シートは重量が軽量（０．１８ｋｇ／ｍ² ）であるものの、防湿性（５．０ｇ／ｍ² ・ｄａｙ）及び耐候性が無く、また、曲げ性（フレキシブル性）は良好であり、製造コストにおいては、従来のガラス基板を用いた場合の製造コストの３０％できわめて良好であるものの、発電試験における出力の低下が見られた。

上記比較例３により得られた太陽電池用表面保護シートは重量が軽量（０．１９ｋｇ／ｍ² ）で良好であり、防湿性（０．５０ｇ／ｍ² ・ｄａｙ）も良好であるものの、耐候性が無く、また、曲げ性（フレキシブル性）は良好であり、製造コストにおいては、従来のガラス基板を用いた場合の製造コストの３５％できわめて良好であるものの、発電試験における出力の低下が見られた。

＜評価結果＞
上記実施例１、２にて得られたポリクロロトリフルオロエチレンフィルムを表面樹脂フィルム層として使用した太陽電池用表面保護シートは、重量が軽量化できるとともに防湿
性（ガスバリア性）や耐候性に優れており、また、コスト的にも比較的安価に作製することができた。

上記実施例１、２にて得られた太陽電池用表面保護シートを用いて太陽電池モジュール及び太陽電池を作製することにより、重量が軽量化できるとともに、防湿性（ガスバリア性）や耐候性に優れた太陽電池モジュール及び太陽電池を作製することができることが判った。

（ａ）〜（ｂ）は本発明の太陽電池バックシートの積層構成の一実施の形態を説明する積層断面図。 （ａ）〜（ｂ）は本発明の太陽電池バックシートの積層構成の他の実施の形態を説明する積層断面図。 本発明の太陽電池バックシートを用いた太陽電池の積層構造の概要を説明する模式的側断面図。 一般的な太陽電池の積層構造の概要を説明する模式的側断面図。

符号の説明

Ｌ…太陽光線
１…ガラス基板
２…透明電極パターン（インターコネクタ）
３…シリコン薄膜パターン
４…透明電極パターン（インターコネクタ）
５…充填剤
６…バックシート
７…表面保護シート
８…起電用セル部
１１…表面樹脂フィルム（ポリクロロトリフルオロエチレン）
１２…内面基材フィルム
１３…接着剤層
１５…スペーサー

Claims (3)

1. 透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂フィルム層１１からなることを特徴とする太陽電池用表面保護シート。
2. 透明なポリクロロトリフルオロエチレン樹脂からなる表面樹脂フィルム層１１と、該表面樹脂フィルム層１１の裏面に、透明な内面基材フィルム層１２を備えることを特徴とする太陽電池用表面保護シート。
3. 請求項１又は２記載の太陽電池用表面保護シートを用いたことを特徴とする太陽電池モジュール。

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