JP2007242677A - 太陽電池モジュール、太陽電池装置及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な工程で形成が可能でありながら、著しく薄型化が図られた太陽電池モジュール、太陽電池装置及び太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】表面保護部材２１と裏面保護部材２２との間に、封止材形成用シート３１によって形成された封止材により太陽電池セル１を封止して配置することで簡便な工程により形成が可能となるが、前記表面保護部材２１と裏面保護部材２２とが同じ材質及び同じ厚みとなされていることで、全体の厚みが３．０ｍｍ以下となされて保護部材の厚みが小さくなされている場合でも反りや変形の恐れなく適用することができ、著しく薄型化を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、保護部材間に太陽電池セルを封止材にて封止して形成した太陽電池モジュール、それを用いた太陽電池装置、及び太陽電池モジュールの製造方法に関するものである。

従来、保護部材間に太陽電池セルをＥＶＡ樹脂等の封止材によって封止した太陽電池モジュールは、ガラス板の間にシリコン系の太陽電池セルをＥＶＡ樹脂フィルムに包んで挟み込み、真空引きしてから加熱して形成するのが一般的な方法であった。しかし通常の太陽電池モジュールの厚みが大きくなると重量が嵩んだり、太陽電池アレイの形成を形成する際に枠体を必要以上に大きくする必要が生じたりして、太陽電池アレイの重量やコストの増大に繋がる恐れがあり、太陽電池モジュールの薄型化への努力が払われてきている。

例えば、透過性の基板上に、受光面側樹脂と、太陽電池セルと、裏面側樹脂と、耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したスーパーストレート構造の太陽電池モジュール、または基板上に、基板側樹脂と、太陽電池セルと、受光面側樹脂と、透過性の耐侯性フィルムと、をこの順に積層し、ラミネート加工により一体化したサブストレート構造の太陽電池モジュールにおいて、出力の取出しを平板ケーブルにより行なう薄型太陽電池モジュールが開示されている（例えば特許文献１）。

また、表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数個の太陽電池素子を直列または並列接続した太陽電池を、シート状の接着性樹脂封止材を介して封止してなるガラスレスの薄型太陽電池モジュールの製造方法において、下記の工程を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
１）表面保護部材と裏面保護部材との間に、シート状の接着性樹脂封止材を介して太陽電池を積層した積層シートを、真空ラミネート装置により所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を一次硬化処理する工程（一次硬化処理工程）。
２）前記一次硬化処理工程後の積層シートを、前記真空ラミネート装置とは異なる加熱加圧処理装置により、所定圧力および所定温度で所定時間、加熱加圧処理し、前記接着性樹脂封止材を二次硬化処理する工程（二次硬化処理工程）。（例えば特許文献２）

特開２００４−７１７９３号公報 特開２００４−１７９３９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の太陽電池モジュールのような構成では、出力の取り出しを平板ケーブルにて行うのみであり、太陽電池セルや保護部材の厚みには変化がないことから、十分な薄型化が図られているとは言い難いものであった。

また特許文献２に記載のような太陽電池モジュールも、接着性樹脂封止材を真空ラミネート装置により一次硬化処理した後、他の装置に移して二次硬化処理を行う必要があり、二段階の工程にて硬化させる必要があることから、製造工程が煩雑となってコスト高に繋がるものであった。

本発明は上記の如き課題に鑑みてなされたものであり、簡便な工程で形成が可能でありながら、著しく薄型化が図られた太陽電池モジュール、太陽電池装置及び太陽電池モジュールの製造方法を提供せんとするものである。

上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。すなわち、本発明に係わる太陽電池モジュールは、表面保護部材と裏面保護部材との間に、透明な封止材により封止された太陽電池セルが配置され、太陽電池セルの少なくとも受光面側の保護部材が透明となされた太陽電池モジュールであって、前記表面保護部材及び裏面保護部材は厚み１．０ｍｍ以下の合成樹脂製の板状体、封止材を形成する封止材形成用シートは厚み０．６ｍｍ以下の接着性合成樹脂シートが用いられ、前記表面保護部材と裏面保護部材とが同じ材質及び同じ厚みとなされると共に全体の厚みが３．０ｍｍ以下となされていることを特徴とするものである。

本発明に係わる太陽電池モジュールによれば、表面保護部材と裏面保護部材との間に封止材によって太陽電池セルを封止して配置することで簡便な工程により形成が可能となるが、前記表面保護部材と裏面保護部材とが同じ材質及び同じ厚みとなされていることで、全体の厚みが３．０ｍｍ以下となされている場合でも反りや変形の恐れなく適用することができ、著しく薄型化を図ることができる。

また前記太陽電池セルは、バックコンタクト型のものであれば、表裏面に集電用の導線を配置する必要がなく、保護部材が１．０ｍｍ以下であっても表面に導線による凹凸を生じさせずに太陽電池モジュールを形成することができ好ましい。

また本発明に係わる太陽電池装置は、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールを備えていることを特徴とするものである。

本発明に係わる太陽電池装置によれば、太陽電池モジュールが著しく薄型化が図られていることで、装置の形成における自由度を太陽電池モジュールが拘束する恐れを小さくでき、装置の小型化やコストの低減を図ることができる。

また本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法は、表面保護部材及び背面保護部材の間に透明な接着性合成樹脂製からなる封止材形成用シートにより挟持した太陽電池セルを配置し、表裏面から熱及び圧力をかけて前記封止材形成用シートを流動させて表面保護部材と背面保護部材との間に太陽電池セルを封止材により封止して配置する製造方法であって、型枠内と、表裏面から前記圧力をかけるプレス板との間に設けられる空間内で前記熱及び圧力がかけられ、前記圧力をかける際のプレス板の間隔が太陽電池モジュールの厚みと略同一となされていることを特徴とするものである。

本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法によれば、型枠を用いて熱及び圧力をかけるのみで、簡便な工程で形成が可能となり、また型枠及びプレス板により形成された空間内で熱及び圧力をかけることで、保護部材や封止材の変形が抑えられ、著しく薄型化が図られた太陽電池モジュールを形成する場合であっても形状の安定性や平滑性を確保することができる。

また前記表面保護部材及び裏面保護部材として厚み１．０ｍｍ以下の合成樹脂製の板状体を用い、封止材を形成する封止材形成用シートとして厚み０．６ｍｍ以下の接着性合成樹脂シートを用い、前記表面保護部材と裏面保護部材とが同じ材質及び同じ厚みとして、厚みが３．０ｍｍ以下の太陽電池モジュールを形成するものであれば、形成される太陽電池モジュールが３．０ｍｍ以下の著しく薄型化が図られたものであっても、プレス板及び型枠によって形状の安定化及び平滑性が確保され、太陽電池モジュールとして適用するのに反り等の形状面での障害をなくすることができ好ましい。

また前記型枠は、平板を太陽電池モジュールの外形と略同一の大きさに刳り抜き部が形成されたものであれば、熱及び圧力をかける際にプレス板の上下面に型枠を当接させて厚みを規制することで、プレス板の隙間を調節する必要がなくなり、工程を更に簡便なものとでき好ましい。

本発明に係わる太陽電池モジュールによれば、表面保護部材と裏面保護部材との間に封止材によって太陽電池セルを封止して配置することで簡便な工程により形成が可能となるが、前記表面保護部材と裏面保護部材とが同じ材質及び同じ厚みとなされていることで、全体の厚みが３．０ｍｍ以下となされている場合でも反りや変形の恐れなく適用することができ、著しく薄型化を図ることができる。

また本発明に係わる太陽電池装置によれば、太陽電池モジュールが著しく薄型化が図られていることで、装置の形成における自由度を太陽電池モジュールが拘束する恐れを小さくでき、装置の小型化やコストの低減を図ることができる。

また本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法によれば、型枠を用いて熱及び圧力をかけるのみで、簡便な工程で形成が可能となり、また型枠及びプレス板により形成された空間内で熱及び圧力をかけることで、保護部材や封止材の変形が抑えられ、著しく薄型化が図られた太陽電池モジュールを形成する場合であっても形状の安定性や平滑性を確保することができる。

本発明に係わる最良の実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。

図１は、本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法の、実施の一形態を示す説明図である。太陽電池モジュールは、加熱可能な熱プレスであるプレス板Ｐ１及びＰ２間に型枠Ｋを配置し、型枠Ｋに設けられた刳り抜き部Ｋ１内にて形成されるものであるが、まず下部プレス板Ｐ１上に、アルミニウム製の平板を刳り抜いて刳り抜き部Ｋ１を設けた型枠Ｋが載置される。この刳り抜き部Ｋ内に、下からポリカーボネート樹脂製で黒色の裏面保護部材２２、ＥＶＡ樹脂からなる厚さ０．４ｍｍの封止材形成用シート３１、バックコンタクト型の厚さ０．２５ｍｍの太陽電池セル１、更に同じ封止材形成用シート３１及びポリカーボネート樹脂製で無色透明な表面保護部材２１の順に重ねられて配置され、これらは刳り抜き部Ｋ１の平面視よりやや小さい外形となされることで刳り抜き部Ｋ１内に配置可能となされ、太陽電池セル１の外形は他の部材より更にやや小さくなされている。尚、表面保護部材２１及び裏面保護部材２２は、色調は異なるものの、材質及び厚みは同一で、ポリカーボネート樹脂製の厚み０．５ｍｍの板状体である。

図２は、太陽電池モジュールの形成を示す縦断面図である。下部プレス板Ｐ１、上部プレス板Ｐ２及び型枠Ｋ内に設けられた空間Ｓ内に、下から裏面保護部材２２、封止材形成用シート３１、太陽電池セル１、封止材形成用シート３１及び透明な表面保護部材２１の順に重ねられて配置された（ａ）に示す如き状態にて、下部プレス板Ｐ１及び上部プレス板Ｐ２の温度が高められることで熱がかけられる。熱がかけられることで、接着性合成樹脂からなる封止材形成用シート３１が流動状態となされる。次に（ｂ）に示す如く、上部プレス板Ｐ２を下方に押し付けて圧力をかけると、軟化された封止材形成用シート３１が流動し、太陽電池セル１の上下に配置された封止材形成用シート３１が互いに接合して太陽電池セル１全体を覆うようになされ、この状態で冷却することで、表面保護部材２１及び裏面保護部材２２の間に太陽電池セル１が封止材によって封止された状態で配置され、太陽電池モジュールが形成される。型枠Ｋの厚みｄは１．６ｍｍであり、上部プレス板Ｐ２を下方に押し付けきると、下部プレス板Ｐ１と上部プレス板Ｐ２との隙間は１．６ｍｍとなり、形成される太陽電池モジュールの厚みもおよそ１．６ｍｍとなる。尚、少なくとも圧力を加える前には、通常の製造方法と同様に周囲は真空となされて気泡の残存が防止される。

ここで、圧力をかけた際に、表面保護部材２１と裏面保護部材２２の厚みがそれぞれ０．５ｍｍであり、封止材形成用シート３１の厚みが０．４ｍｍ、太陽電池セル１の厚みが０．２５ｍｍであることから、これらを重ねて１．６ｍｍの厚みに圧縮すると、流動状態にある封止材形成用シート３１は、表面保護部材２１及び裏面保護部材２２の間から側方に流出する方向に移動し、その流動に伴い太陽電池セル１が移動して表面保護部材２１や裏面保護部材２２との位置ずれが起こり、外観が見苦しくなったり太陽電池セル１がはみ出して保護が不十分となったりする恐れがあった。かかる不具合を防止するために従来は太陽電池セル１をテープ等を用いて裏面保護部材２２等に固定していたが、型枠Ｋの刳り抜き部Ｋ１を、表面保護部材２１の平面視よりやや大きい程度の大きさとしておくことで、封止材形成用シート３１の流動が刳り抜き部Ｋ１の内面により側方から上下方向に変換されて太陽電池セル１の側方への移動が抑制され、上述の如き不具合が発生する恐れを小さくできる。刳り抜き部Ｋ１と、表面保護部材２１及び裏面保護部材２２との隙間は、開けすぎると封止材形成用シート３１の流動が抑えにくくなり、また狭すぎると刳り抜き部Ｋ１内への配置や、圧力をかけた際に流動状態の封止材形成用シート３１の逃げ場がなくなることから、表面保護部材２１及び裏面保護部材２２の寸法に対して０．５〜１．０％の幅で開けておくのが好ましい。尚、型枠Ｋ、切欠き部Ｋ１、及びプレス板Ｐ１、Ｐ２は、予めフッ素樹脂フィルムや離型剤等でコーティングしておき、封止材形成用シート３１が固着しないようにしておくのが好ましい。最後に、表面保護部材２１及び裏面保護部材２２からはみ出した封止材はカッター等により切除されて、本発明に係わる太陽電池モジュールが形成される。

また型枠Ｋは、図３に示す如く複数の刳り抜き部Ｋ１を設けておき、各々の刳り抜き部Ｋ１内で太陽電池モジュールを形成するようにしてもよい。複数の刳り抜き部Ｋ１を設けておくことで、一回の工程において製造可能な太陽電池モジュールの数量が刳り抜き部Ｋ１の数だけ多くでき、製造効率を格段に高めることができる。

表面保護部材２１を形成する材料は、太陽光を透過する合成樹脂材料であれば特に限定されるものではないが、光透過性の高いポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリメタクリレート樹脂、アクリル樹脂等が好適に用いられ、とりわけ耐衝撃性の高いポリカーボネートが好適である。裏面保護部材２２は、色調は特に限定されるものではないが、太陽電池セル１の色調と近似した黒系の色調としておくことで、太陽電池セル１の存在が目立つことがなくなり美観が高められる。また表面保護部材２１と同じ材質及び厚みとしておくことで、熱成形において不可避となる形成後の残留応力による反りの発生を防止することができる。

また封止材形成用シート３１は、加熱により流動し、冷却されると透明になる合成樹脂であれば特に限定されるものではなく、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニルコポリマー）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）樹脂、無水マレイン酸等で変性した変性ポリエチレン樹脂、変性ポリプロピレン樹脂等や、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤等も用いることができる。

太陽電池セル１は、通常のＮＰ接合型の太陽電池セルを用いてもよいが、バックコンタクト型のものが好適に用いられる。バックコンタクト型の太陽電池セルは、図４に示す如く、太陽電池セル１は太陽Ｓに向けられる面から、反射防止層１７、ｎ層１６が積層され、ｎ層１６の裏面側にはｐ＋層１１及びｎ＋層１２が電気的に固着され、ｐ＋層１１とｎ＋層１２との間には絶縁部１３により絶縁するようになされている。ｎ層１６と、ｐ＋層１１及びｎ＋層１２とは電気的に接続されていることで、ｎ層１６に太陽光が照射されると、そのエネルギーによりｎ層１６が励起状態となり、ｎ層１６からｐ＋層１１への電子の流れが生じることで電力を生起するものである。

かかるバックコンタクト型の太陽電池セル１を用いることで、通常のＰＮ接合型の太陽電池セルでは大型の太陽電池セルを形成した場合、効率よく電力を出力するためにはＰ型半導体面及びＮ型半導体表面にそれぞれ導電用のリボン等を取り付ける必要があり、美観が損なわれると共に著しく薄型化がなされた太陽電池モジュールでは、美観が損なわれると共に、リボン等の厚みが表面保護部材２１の表面に突起となって現れて平滑性が損なわれる。バックコンタクト型の太陽電池セルであれば背面側から効率よく電力を出力でき、美観が保持されて簡便な工程での形成が可能となり、且つ美観上特に重視される表面保護部材２１の平滑性を保持することができる。

また背面側から電力を出力できることで、図５に示す如く表面保護部材２１側から視認されることなく電力取り出し線Ｃを太陽電池セル１に接続することができる。形成においては、電力取り出し線Ｃは、予め太陽電池セル１にはんだ付等により固定しておき、更に予め裏面保護部材２２に設けておいた貫通穴２２１に挿通させて、上述の如き形成方法により太陽電池モジュールを形成する。太陽電池セル１が封止材３により封止されると共に、貫通穴２２１の一部にも封止材３がせり出すが、不十分な場合には図中のように防水性接着剤等のポッティング材Ｆにより貫通穴２１１を完全に塞いで防水を行うのがよい。

図６は、本発明に係わる太陽電池装置の、実施の一形態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ縦断面図である。太陽電池装置１００は、太陽光により発電し、携帯電話等に充電を行う携帯式充電器であるが、本体２０内に太陽電池モジュール１０が配置され、太陽電池モジュール１０に太陽光が照射されることで生起された電力は、出力端子Ｔ１及びＴ２から出力される。本体２０の周囲には、ゴム製の保護用の弾性体２０１が全周に亘って取り付けられている。太陽電池装置１００は携帯型の充電器であることから、携帯が容易となるよう、薄型化及び軽量化が重視されるものである。

（ｂ）において、本体２０の上面には窓部２０３が設けられ、背面側には側面と同様にゴム製の保護体２０２が取り付けられている。窓部２０３の下方に太陽電池モジュール１０が配置されている。太陽電池モジュール１０は、表面保護部材２１によって表面が保護されていることで、窓部２０３には特に保護部材等を設けることなく直接太陽電池モジュール１０を設けることができる。太陽電池モジュール１０の、本体２０への取り付けは、窓部２０３の下方に、二段階の切欠き部２０４及び２０５が設けられ、切欠き部２０４の幅は切欠き部２０５の幅より小さくなされている。まず切欠き部２０５に太陽電池モジュール１０が嵌着されるが、切欠き部２０４に対しては、表面保護部材２１の両端の一部が切り欠かれて嵌着されるようになされている。切欠き部２０４及び２０５と太陽電池モジュール１０との間は、防水性接着剤等により接着させて本体２０内の防水性を確保するのが好ましい。また本体２０内には、回路基板３０が設けられて太陽電池モジュール１０によって生起された電力の出力を制御するようにしている。

太陽電池装置１００は、携帯用充電器に限定されるものではなく、この他の太陽電池装置としての適用例としては、防災用途製品（一体型ラジオ、一体型ランプ等）、Ｎｉ−ＭＨ電池の充電器、自動車のバッテリー充電、アウトドア用品（送風機能付き虫除け）、車内消臭器（送風機能付き）等に用いることも考えられる。

本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法の、実施の一形態を示す説明図である。 本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法の、実施の一形態を示す縦断面図である。 本発明に係わる太陽電池モジュールの製造方法における型枠の、他の例を示す斜視図である。 本発明に係わる太陽電池モジュールに適用される太陽電池セルの、好適な例を示す縦断面図である。 バックコンタクト型太陽電池セルへの電力取り出し線の取り付け状態を示す縦断面図である。 本発明に係わる太陽電池装置の、実施の一形態を示す説明図である。

符号の説明

１ 太陽電池セル
２１ 表面保護部材
２２ 裏面保護部材
３ 封止材
３１ 封止材形成用シート
１０ 太陽電池モジュール
１００ 太陽電池装置
Ｋ 型枠
Ｋ１ 刳り抜き部
Ｐ１ 上部プレス板
Ｐ２ 下部プレス板
Ｓ 空間

Claims (6)

1. 表面保護部材と裏面保護部材との間に、透明な封止材により封止された太陽電池セルが配置され、太陽電池セルの少なくとも受光面側の保護部材が透明となされた太陽電池モジュールであって、前記表面保護部材及び裏面保護部材は厚み１．０ｍｍ以下の合成樹脂製の板状体、封止材を形成する封止材形成用シートは厚み０．６ｍｍ以下の接着性合成樹脂シートが用いられ、前記表面保護部材と裏面保護部材とが同じ材質及び同じ厚みとなされると共に全体の厚みが３．０ｍｍ以下となされていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池セルは、バックコンタクト型のものであ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. 請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールを備えていることを特徴とする太陽電池装置。
4. 表面保護部材及び背面保護部材の間に透明な接着性合成樹脂製からなる封止材形成用シートにより挟持した太陽電池セルを配置し、表裏面から熱及び圧力をかけて前記封止材形成用シートを流動させて表面保護部材と背面保護部材との間に太陽電池セルを封止材により封止して配置する製造方法であって、型枠内と、表裏面から前記圧力をかけるプレス板との間に設けられる空間内で前記熱及び圧力がかけられ、前記圧力をかける際のプレス板の間隔が太陽電池モジュールの厚みと略同一となされていることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記表面保護部材及び裏面保護部材として厚み１．０ｍｍ以下の合成樹脂製の板状体を用い、封止材を形成する封止材形成用シートとして厚み０．６ｍｍ以下の接着性合成樹脂シートを用い、前記表面保護部材と裏面保護部材とが同じ材質及び同じ厚みとして、厚みが３．０ｍｍ以下の太陽電池モジュールを形成するものであることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記型枠は、平板を太陽電池モジュールの外形と略同一の大きさに刳り抜き部が形成されたものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
   

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