JP2007300086A - Photoelectric transducer module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、家屋の屋根等に設置される太陽電池等の光電変換モジュールに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion module such as a solar cell installed on a roof of a house.
従来の光電変換モジュールとして、例えば特許文献1には、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された太陽電池を、電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側及び非受光面側の双方に保護層を設けた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池の側方に保護層を延長して非発電領域を形成し、非発電領域に、太陽電池モジュール設置用の取付け穴を設けた構成とすることにより、軽量、フレキシブル性及びモジュール強度を維持でき、設置が容易でかつ全体としてコスト低減を図ることができる太陽電池モジュールが提案されている。
As a conventional photoelectric conversion module, for example, in
また、特許文献2には、光起電力素子の受光面及び非受光面を樹脂で被覆保護した太陽電池モジュールであって、光起電力素子に重畳しないように、光起電力素子の周辺部に設けられた貫通孔を備える板状の補強材を有し、貫通穴に対応する位置に、樹脂を貫通する穴を設けた構成とすることにより、軽量で、紐等で簡単に設置固定することができる太陽電池モジュールの固定用の貫通孔部の強度が、長期使用に耐えられるようにすることができる太陽電池モジュールが提案されている。
しかしながら、家屋の屋根等に光電変換モジュールを設置する場合、光電変換モジュールの脱着作業が頻繁に行われる場合がある。その場合、上記特許文献1,2のように、樹脂から成る部材に貫通穴を設けて取付け穴とすると、頻繁に行われる脱着作業によって取付け穴周辺の保護層や樹脂が剥離してしまい、光電変換モジュールの取付けの信頼性が低下するという問題があった。
However, when the photoelectric conversion module is installed on the roof of a house, the photoelectric conversion module may be frequently attached and detached. In that case, as in
本発明の課題は、頻繁に行われる脱着作業によって取付け穴周辺の各種部材や保護層、樹脂等が剥離してしまうことがなく、取付けの信頼性が高い光電変換モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion module having high mounting reliability without causing various members, protective layers, resins, and the like around the mounting hole to be peeled off due to frequent detachment work.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、光電変換モジュールにおいて、光電変換素子が内部に埋め込まれた透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに、取付け穴が形成された補強部材を具備することにより、取付けの信頼性が高い光電変換モジュールを提供できることを見出して、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have embedded the photoelectric conversion element in the outer peripheral portion of the translucent substrate embedded therein and formed a mounting hole in the photoelectric conversion module. It has been found that a photoelectric conversion module with high mounting reliability can be provided by providing the reinforcing member, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の光電変換モジュールは、以下の構成を有する。 That is, the photoelectric conversion module of the present invention has the following configuration.
(1)導電性基板の一主面に多数個の一方導電型の結晶半導体粒子が下部を接合され、それらの隣接するもの同士の間に絶縁物質が介在するとともに上部が前記絶縁物質から露出するように配置されて、これら結晶半導体粒子に他方導電型の半導体部及び透光性導体層が形成され、前記透光性導体層上に集電極が形成された光電変換素子と、前記光電変換素子が内部に埋め込まれた透光性を有する透光性基体と、該透光性基体の受光面側に設けられた透光性の第1の保護層と、前記透光性基体の受光面と反対側の面に設けられた第2の保護層と、前記透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに外部取付け用の取付け穴が形成されている補強部材とを具備していることを特徴とする光電変換モジュール。 (1) A large number of one-conductivity-type crystalline semiconductor particles are bonded to one main surface of a conductive substrate, an insulating material is interposed between those adjacent ones, and an upper portion is exposed from the insulating material. The photoelectric conversion element in which the other conductive type semiconductor portion and the light-transmitting conductor layer are formed on the crystalline semiconductor particles, and the collector electrode is formed on the light-transmitting conductor layer, and the photoelectric conversion element A translucent substrate having translucency embedded therein, a translucent first protective layer provided on the light-receiving surface side of the translucent substrate, and a light-receiving surface of the translucent substrate; A second protective layer provided on the opposite surface; and a reinforcing member embedded in an outer peripheral portion of the translucent substrate and having a mounting hole for external mounting. A photoelectric conversion module.
(2) 複数の半導体層が積層された半導体層部と、該半導体層部の受光面側に設けられる受光面電極部と、前記半導体層部の裏面側に設けられる裏面電極部とを備え、前記受光面電極部上に集電極が形成された光電変換素子と、該光電変換素子が内部に埋め込まれた透光性を有する透光性基体と、該透光性基体の受光面側に設けられた透光性の第1の保護層と、前記透光性基体の受光面と反対側の面に設けられた第2の保護層と、前記透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに外部取付け用の取付け穴が形成されている補強部材とを具備していることを特徴とする光電変換モジュール。 (2) A semiconductor layer portion in which a plurality of semiconductor layers are stacked, a light receiving surface electrode portion provided on the light receiving surface side of the semiconductor layer portion, and a back electrode portion provided on the back surface side of the semiconductor layer portion, A photoelectric conversion element having a collector electrode formed on the light-receiving surface electrode part, a light-transmitting substrate having light-transmitting properties embedded in the photoelectric conversion element, and a light-receiving surface side of the light-transmitting substrate A light-transmitting first protective layer, a second protective layer provided on a surface opposite to the light-receiving surface of the light-transmitting substrate, and an external portion embedded in the outer peripheral portion of the light-transmitting substrate. A photoelectric conversion module comprising: a reinforcing member having a mounting hole for mounting.
(3)前記補強部材は、一部が外部に露出しているとともにその露出部に前記取付け穴が形成されていることを特徴とする(1)または(2)に記載の光電変換モジュール。 (3) The photoelectric conversion module according to (1) or (2), wherein a part of the reinforcing member is exposed to the outside and the mounting hole is formed in the exposed portion.
(4)前記透光性基体は形状が長方形であるとともに、前記集電極が前記長方形の対向する2辺に平行に形成されており、前記補強部材は長板状であるとともに前記透光性基体の前記集電極に平行な対向する2辺に設けられていることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の光電変換モジュール。 (4) The translucent substrate has a rectangular shape, the collector electrode is formed in parallel with two opposite sides of the rectangle, and the reinforcing member has a long plate shape and the translucent substrate. The photoelectric conversion module according to any one of (1) to (3), wherein the photoelectric conversion module is provided on two opposite sides parallel to the collector electrode.
(5)前記補強部材は前記透光性基体の外周部において、該外周部の前記集電極の配設方向の両端部間に亘って埋め込まれていることを特徴とする(4)に記載の光電変換モジュール。 (5) The reinforcing member is embedded in the outer peripheral portion of the translucent substrate between both end portions of the outer peripheral portion in the arrangement direction of the collector electrode. Photoelectric conversion module.
(6)前記集電極は導電板から成ることを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載の光電変換モジュール。 (6) The photoelectric conversion module according to any one of (1) to (5), wherein the collector electrode is made of a conductive plate.
本発明の光電変換モジュールは、上記(1)、(2)によれば、内部に光電変換素子が埋め込まれた透光性基体と、該透光性基体の受光面に設けられた透光性の第1の保護層と、透光性基体の非受光面に設けられた第2の保護層と、透光性基体の外周部に埋め込まれた補強部材とを具備していることから、透光性基体の側面すなわち光電変換モジュールの側面と取付け穴との間の距離を極力短くすることができ、機械的荷重負荷に耐え得るコンパクトな光電変換モジュールを提供することが可能となる。また、曲面に光電変換モジュールを沿わせて設置する際、光電変換モジュールの取り付け穴間も補強材料で曲面に押し付けられるために、曲面との間に隙間が発生せず、風に耐えうる光電変換モジュールを提供することが可能となる。 According to the photoelectric conversion module of the present invention, according to the above (1) and (2), the translucent substrate in which the photoelectric conversion element is embedded, and the translucency provided on the light receiving surface of the translucent substrate. The first protective layer, the second protective layer provided on the non-light-receiving surface of the translucent substrate, and the reinforcing member embedded in the outer peripheral portion of the translucent substrate. The distance between the side surface of the optical substrate, that is, the side surface of the photoelectric conversion module and the mounting hole can be shortened as much as possible, and a compact photoelectric conversion module that can withstand a mechanical load can be provided. In addition, when installing a photoelectric conversion module along a curved surface, the gap between the mounting holes of the photoelectric conversion module is also pressed against the curved surface with a reinforcing material, so that there is no gap between the curved surface and the photoelectric conversion can withstand wind Modules can be provided.
また、上記(3)によれば、補強部材が、透光性基体の側面から外部に突出している部位に取付け穴が形成されていることにより、透光性基体の側面すなわち光電変換モジュールの側面と取付け穴との間の距離を極力短くすることができ、その結果、補強部材の外部に突出した部位の機械的強度を大きくして、頻繁に行われる光電変換モジュールの脱着作業によって取付け穴周辺の各種部材、保護層、樹脂等が剥離してしまうことがなくなる。また、家屋の屋根等の曲面に光電変換モジュールを沿わせて設置する際に、光電変換モジュールの補強部材の外部に突出した部位が適度に変形して曲面に沿うように押し付けられるために、第2の保護層(特に第2の保護層の端部)と曲面との間や補強部材と曲面との間に隙間が発生しにくくなり、その結果、風雨(特に風)に長期間耐え得る耐候性の高い光電変換モジュールを提供することが可能となる。 Further, according to the above (3), the reinforcing member is provided with the attachment hole in the portion protruding to the outside from the side surface of the translucent substrate, so that the side surface of the translucent substrate, that is, the side surface of the photoelectric conversion module. The distance between the mounting hole and the mounting hole can be shortened as much as possible. As a result, the mechanical strength of the part protruding to the outside of the reinforcing member is increased, and the photoelectric conversion module is frequently attached and detached around the mounting hole. The various members, protective layer, resin and the like are not peeled off. In addition, when installing the photoelectric conversion module along a curved surface such as a roof of a house, the portion protruding outside the reinforcing member of the photoelectric conversion module is appropriately deformed and pressed along the curved surface. The gap between the protective layer 2 (especially the end of the second protective layer) and the curved surface or between the reinforcing member and the curved surface is less likely to occur, and as a result, weather resistance that can withstand wind and rain (especially wind) for a long time A highly efficient photoelectric conversion module can be provided.
また、上記(4)、(5)によれば、前記透光性基体は、形状が長方形であるとともに集電極が前記長方形の対向する2辺に平行に形成されており、前記補強部材は長板状であるとともに前記透光性基体の前記集電極に平行な対向する2辺に設けられていることにより、平面や曲面への光電変換モジュールの取り付けに際して、補強部材が曲げやたわみを抑えるため、前記集電極の断線や破損を防止できる。なお、この場合、集電極は、例えば隣接する光電変換素子の集電極に電気的に直列等に接続されるものである。 According to the above (4) and (5), the translucent substrate has a rectangular shape, and the collector electrode is formed in parallel with two opposite sides of the rectangle, and the reinforcing member is long. The reinforcing member suppresses bending and deflection when the photoelectric conversion module is mounted on a flat surface or curved surface by being provided on two opposing sides parallel to the collector electrode of the translucent substrate. The disconnection and breakage of the collector electrode can be prevented. In this case, the collector electrode is, for example, electrically connected in series to the collector electrode of the adjacent photoelectric conversion element.
また、上記(6)によれば、集電極が導電板から成ることにより、従来の導電性ペースト等から成るバスバー電極及びフィンガー電極から成る集電極と比較して大幅に抵抗が小さくなり、集電性が格段に向上する。その結果、光電変換効率が大幅に向上する。 Further, according to the above (6), since the collector electrode is made of a conductive plate, the resistance is greatly reduced as compared with a collector electrode made of a conventional bus bar electrode and finger electrode made of conductive paste or the like. Sexually improves. As a result, the photoelectric conversion efficiency is greatly improved.
本発明の光電変換モジュールの一実施形態を図面に基づいて以下に詳細に説明する。 One embodiment of the photoelectric conversion module of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1〜図4は本発明の光電変換モジュールについて第1の実施形態の例を示す断面図である。まず、図3において、1は一方の電極となる導電性基板、2は表層部に他方導電型の半導体層4が形成された結晶半導体粒子、3は一方導電型(以下第一導電型ともいう)の結晶半導体粒子(結晶半導体粒子自体)、4は他方導電型(以下第二導電型ともいう)の半導体層、5は絶縁物質、6は透光性導体層、7は他方の電極(集電極)、8は光電変換素子、9は透光性基体、10は透光性の第1の保護層、11は第2の保護層である。また、図1において、12は補強部材、13は取付け穴、14は固定金具である。
(First embodiment)
1-4 is sectional drawing which shows the example of 1st Embodiment about the photoelectric conversion module of this invention. First, in FIG. 3, 1 is a conductive substrate which becomes one electrode, 2 is a crystalline semiconductor particle in which a semiconductor layer 4 of the other conductivity type is formed on the surface layer portion, and 3 is one conductivity type (hereinafter also referred to as a first conductivity type). ) Crystal semiconductor particles (crystal semiconductor particles themselves), 4 is a semiconductor layer of the other conductivity type (hereinafter also referred to as second conductivity type), 5 is an insulating material, 6 is a translucent conductor layer, and 7 is the other electrode (collector). Electrode), 8 is a photoelectric conversion element, 9 is a translucent substrate, 10 is a translucent first protective layer, and 11 is a second protective layer. In FIG. 1, 12 is a reinforcing member, 13 is a mounting hole, and 14 is a fixing bracket.
図3(a)に示すように、他方の電極(集電極)7上には、結晶半導体粒子2に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに光反射面の下端部に結晶半導体粒子2を露出させる開口が形成された光反射部材30が設置されている。この場合、集電極7は導電板から成り、例えばCu,Al,Au,Agやそれらの合金等から成る、金属板、金属シート、金属箔等である。また集電極7は、結晶半導体粒子2を挿通させる多数の開口が形成された一枚のシート状のものであってもよい。集電極7は、銀含有エポキシ樹脂等から成る導電性接着剤によって、絶縁物質5上の透光性導体層6上に接着されている。光反射部材30は、例えばポリカーボネート,ポリエチレンテレフタレート,アクリル樹脂,フッ素樹脂,オレフィン樹脂等の可撓性を有する樹脂から成る本体部と、本体部の凹面鏡形状の光反射面に形成されたAl,Ag,Au,Cu,Pt,Zn,Ni,Cr等から成る金属層や金属シートとを有する構成である。また光反射部材30は、全体がAl,Cu,Zn,Ni,Cr等の金属から成るものであってもよく、その場合光反射部材30が集電極7を兼ねることもできる。また光反射部材30は、多数の開口が形成された一枚のシート状のものであってもよい。
As shown in FIG. 3A, the other electrode (collector electrode) 7 has a concave mirror-shaped light reflecting surface for condensing the
また、図3(b)に示すように、光反射部材30に代えて透光性集光層7bを設けた構成としてもよい。透光性集光層7bは、ポリカーボネート,ポリエチレンテレフタレート,アクリル樹脂,フッ素樹脂,オレフィン樹脂等の透光性樹脂等から成り、例えば各結晶半導体粒子2上において凸レンズ状に形成される。この場合、集電極は、透光性導体層6上に形成されたバスバー電極及びフィンガー電極から成るものであってもよい。
Moreover, as shown in FIG.3 (b), it is good also as a structure which replaced with the
(光電変換素子)
光電変換素子8を成す導電性基板1は、アルミニウムの融点以上の融点を有し、塩基性水溶液と反応を起こす金属から成るものであればよく、例えばアルミニウム,アルミニウム合金、鉄,ニッケル合金等から成る。導電性基板1の材料がアルミニウム以外である場合、導電性基板1はその材料とアルミニウムから成る電極層(不図示)とを積層した構成とする。
(Photoelectric conversion element)
The
結晶半導体粒子2は、第一導電型の結晶半導体粒子3の表面の下部を除いた部位に第一導電型とは第二導電型の半導体層4を形成する。この第一導電型の結晶半導体粒子3は、Siに、p型を呈するB,Al,Ga等、またはn型を呈するP,As等が微量含まれて成るものである。結晶半導体粒子2の形状としては、多角形状のもの、球状,楕円体状等の曲面を有するもの等があり、粒径分布としては均一、不均一を問わないが、均一の場合は製造工程において粒径を揃えるための工程が必要になるため、より安価にするためには粒径が不均一の方が有利である。さらに、結晶半導体粒子2は、球状等の凸形の曲面を有するものとすることによって、光の光線角度の依存性を小さくすることができる。
The
第二導電型の半導体層4は、第一導電型の結晶半導体粒子3の表面に、n型を呈するP,As等、またはp型を呈するB,Al,Ga等が含まれている材料を塗布するか或いはガスを用いて熱拡散等で第一導電型の結晶半導体粒子3の表面に形成する。 The second-conductivity-type semiconductor layer 4 is made of a material in which the surface of the first-conductivity-type crystalline semiconductor particle 3 contains P, As, etc. exhibiting n-type, or B, Al, Ga, etc. exhibiting p-type. It is applied or formed on the surface of the first conductivity type crystalline semiconductor particles 3 by thermal diffusion or the like using a gas.
結晶半導体粒子2の粒径は0.2〜0.8mmがよい。0.8mmを超えると、本発明の光電変換モジュールにおける半導体の使用量が多くなり、従来の結晶板型の光電変換モジュールにおけるシリコン等の半導体の使用量と変わらなくなるため、結晶半導体粒子2を用いる利点がなくなる。また、0.2mmよりも小さいと、導電性基板1への結晶半導体粒子2の組み込みがしにくくなるという問題が発生する。結晶半導体粒子2の粒径は、シリコン使用量を抑制するという観点から0.2〜0.6mmがより好適である。
The grain size of the
導電性基板1上に結晶半導体粒子2を多数配設した後、一定の荷重を掛けてアルミニウムから成る導電性基板1とシリコンから成る結晶半導体粒子2の共晶温度(577℃)以上に加熱することによって、導電性基板1と結晶半導体粒子2の合金層(不図示)を形成し、その合金層を介して導電性基板1と結晶半導体粒子2とを接合させる。
After a large number of
導電性基板1と結晶半導体粒子2とを接合させた後、導電性基板1とpn接合部(第一導電型の結晶半導体粒子3と第二導電型の半導体層4との接合部)とを分離するために、例えば結晶半導体粒子2の表面の一部(上部)をレジスト層等で覆ってエッチングし、導電性基板1と結晶半導体粒子2上の半導体層4とを分離する。
After bonding the
絶縁物質5は、光電変換素子8の正極と負極の分離を行うための絶縁材料からなり、例えばSiO2,B2O3,Al2O3,CaO,MgO,P2O5,Li2O,SnO,ZnO,BaO,TiO2等を含む低温焼成用ガラス、上記材料の1種以上をフィラーとして含むガラス組成物、またはシリコーン樹脂等の樹脂から成る絶縁材料を用いることができる。
The insulating
上記の絶縁材料を結晶半導体粒子2の上から塗布して、アルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以下の温度で加熱することによって、導電性基板1とpn接合部との分離部に絶縁材料を充填して絶縁物質5を形成する。加熱温度が577℃を超えると、アルミニウムとシリコンとの合金層が溶融し始めるために、導電性基板1と結晶半導体粒子2との接合及び導電性基板1と半導体層4の分離が不安定となり、結晶半導体粒子2が導電性基板1から離脱して発電電流を取り出せなくなる場合がある。絶縁物質5を形成した後、結晶半導体粒子2の表面を洗浄するために、フッ酸を含む洗浄液で洗浄する。
The insulating material is coated on the
半導体層4が形成されているかまたは結晶半導体粒子2として外郭に第二導電型の元素を微量含んでいる場合、結晶半導体粒子2上(半導体層4上)及び絶縁物質5の表面に、他方の電極を兼ねる透光性導体層6を形成する。透光性導体層6は、SnO2,In2O3,ITO,ZnO等から選ばれる1種または複数種の酸化物系膜等から成り、スパッタリング法、気相成長法または塗布焼成法等で形成される。透光性導体層6は、膜厚を適宜に選べば反射防止膜としての効果も有するものとなる。
When the semiconductor layer 4 is formed or the
結晶半導体粒子2同士の直列抵抗値を小さくするために、絶縁物質5上の透光性導体層6上にさらに上部電極として、集電極7を設けて結晶半導体粒子2で光電変換された出力電流を集電する。集電極7は、Cu等から成る厚み数10μmの金属箔から成るものが用いられる。または、透光性導体層6上に上部電極として、一定間隔をおいて形成されたフィンガー電極から成るパターン電極を設け、さらにバスバー電極を設けて結晶半導体粒子2同士の間を接続してもよい。フィンガー電極の材料は、金属、ガラスに金属粉末を含有させたガラス−金属混合材料、樹脂に金属粉末を含有させた樹脂−金属混合材料で形成したものでもよい。バスバー電極は、銅の芯材の表面をハンダでコートしたもの等が主に用いられる。
In order to reduce the series resistance value between the
なお、集光性を高めた集光構造とするために、光電変換素子8の上に全体にわたって光電変換素子8の凹凸に沿うように透明樹脂層を形成しても良い。その際、光電変換素子8と第1の保護層10との間に、集光構造を維持するために耐熱性の樹脂フィルム(不図示)を設けても良い。
Note that a transparent resin layer may be formed on the
(光電変換モジュール)
次に、図1に示すように、透明で耐候性のある樹脂からなる第1の保護層10と、耐候性のある樹脂からなる第2の保護層11と、透明で弾力性のある材料からなる可撓性を有する透光性基体9とを用いて、上記で得られた光電変換素子8及び予め外部取付け用の取付け穴13を形成した補強部材12を、図2のように配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製することができる。
(Photoelectric conversion module)
Next, as shown in FIG. 1, a first
透光性基体9は、光学的に透明で柔軟性のある材料からなり、その材料としてはエチレン酢酸ビニル重合体(EVA),ポリオレフィン,フッ素樹脂がある。 The translucent substrate 9 is made of an optically transparent and flexible material, and examples thereof include ethylene vinyl acetate polymer (EVA), polyolefin, and fluororesin.
第1の保護層10は、光学的に透明で耐候性のある樹脂からなり、ポリフッ化ビニル(PVF),エチレン−4フッ化エチレン共重合体(ETFE),ポリ4フッ化エチレン(PTFE),4フッ化エチレン−パーフロロアルコキシ共重合体(PFA),4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体(FEP),ポリ3フッ化塩化エチレン(PCTFE)等のフッ素樹脂を用いることができる。
The first
第2の保護層11は、耐候性のある材料からなっていれば良く、例えばポリフッ化ビニル(PVF),エチレン−4フッ化エチレン共重合体(ETFE),ポリ3フッ化塩化エチレン(PCTFE)等のフッ素樹脂やポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂、或いはこれらの樹脂フィルムを使ってアルミニウム箔や金属酸化膜を挟んで張り合わせたシート、ステンレススチール等の金属シート等から成る。
The second
(補強部材)
補強部材12は、図1,2に示すように、光電変換モジュールの外周部に設けられて、取付け穴13にネジ等の取付け金具14を挿通させて光電変換モジュールを家屋の屋根や壁面等に固定するものであり、補強部材12の一部は光電変換モジュールの内部に埋め込まれており、取付け穴13は補強部材12を貫通して設けられる。
(Reinforcing member)
As shown in FIGS. 1 and 2, the reinforcing
光電変換モジュールを設置する方法は、取付け穴13を通してクギ,ネジ,ワイヤー等の取付け金具14を使って行うものであり、これにより被設置部に比較的容易に固定することが可能となる。
The method of installing the photoelectric conversion module is performed by using a mounting
光電変換モジュールの設置状態の評価方法として、機械的荷重試験(JIS C 8990(IEC 61215))があり、この試験において2400Paの荷重に耐える必要がある。補強部材12を有していない光電変換モジュール(図5、図6)を試験した場合、取付け穴13の強度が不足するために機械的荷重試験で取付け穴13がちぎれて取付け金具14から光電変換モジュールが脱落した。また、補強部材12を光電変換モジュールの端部の上から重ねて取付け金具14で固定(不図示)した場合にも、取付け穴13がちぎれて補強部材12を取付け金具14がすりぬけて光電変換モジュールが被設置部から脱落した。
As an evaluation method of the installation state of the photoelectric conversion module, there is a mechanical load test (JIS C 8990 (IEC 61215)), and it is necessary to endure a load of 2400 Pa in this test. When a photoelectric conversion module (FIGS. 5 and 6) having no reinforcing
そこで、本発明においては、補強部材12を光電変換モジュールの内部に設け、取付け穴13は補強材料12を貫通して設けることとし、取付け穴13を介して取付け金具14で固定することによって、光電変換モジュールの脱落が無く機械的荷重試験に耐えうる構成とした。
Therefore, in the present invention, the reinforcing
また、光電変換モジュールを家屋の屋根等の曲面15に設置する際、補強部材12を用いないと、曲面15に光電変換モジュールを沿わせて設置しても、図7に示すように、光電変換モジュール下面(特にその端部)と曲面15との間や光電変換モジュールの取付け穴13と曲面15との間に隙間が発生し易くなり、その隙間に耐風試験の際に風が入り込んで、取付け穴13がちぎれて取付け金具14から光電変換モジュールが外れ易くなる。一方、本発明のように補強部材12を用いることによって、光電変換モジュールの端部を曲面15に密着させることができ、風が入り込むことを抑えることができる。
Further, when the photoelectric conversion module is installed on the
補強部材12の一部を透光性基体9端部の内部に設ける方法としては、例えば図1,2のように、光電変換モジュールをラミネーターを用いて作製する際に、補強部材12の一部が第1の保護層10の端部と第2の保護層11の端部との間に配置されるとともに光電変換素子8(数枚から数十枚程度)と接触しないようにして配置し、その状態で透光性基体9となる透明樹脂等の充填剤を第1の保護層10と第2の保護層11との間に流し込み、その充填剤を固化させることによって作製することができる。そして、図2のように、第1の保護層10、透光性基体9、補強部材12及び第2の保護層11をラミネートする。
As a method of providing a part of the reinforcing
また、補強部材12の一部を透光性基体9端部の内部に設ける他の方法として、固体の透光性基体9の側面に、補強部材12の一部を嵌め込むための溝を予め設けておく方法を用いてもよい。
As another method of providing a part of the reinforcing
補強部材12の材質としては、金属、樹脂がよいが、金属の場合でより好適なものとして錆びないもの或いは防錆処理を施したものがよく、例えばアルミニウム,SUS(ステンレススチール),ガルバニウム鋼板,真鍮等の金属がある。また、樹脂の場合であれば、ラミネート時の温度(90〜130℃)に一時的に耐え得るものであればよく、例えばポリカーボネート,ガラスエポキシ樹脂等の樹脂がある。
The material of the reinforcing
なお、補強部材12の透光性基体9の端部内部に埋め込まれる幅は、小さすぎると取付け穴13における引っ張り強度が不足し、また広すぎると光電変換モジュール自体の面積が広くなってしまうことから、上記の幅としては3〜10mm程度がよい。
If the width embedded in the end portion of the translucent substrate 9 of the reinforcing
補強部材12の厚みについては、薄すぎると、補強部材12の強度が不足して容易に変形するため曲面15への補強部材12の押付効果がなくなり、また厚すぎると、光電変換モジュール自体の厚みが厚くなり重量化してしまうことから、上記の厚みとしては0.2〜2mm程度がよい。
When the thickness of the reinforcing
また、補強部材12の剛性については、大きすぎると曲面への取り付けが困難となり、また小さすぎると取り扱い時に曲げ等の力が加わると光電変換素子8等の破損が生じるので、曲げ弾性率は2000〜4000MPaであるのがよい。強度の面から、引っ張り強度は40〜100MPaであるのがよい。
Further, if the rigidity of the reinforcing
補強部材12の形状は、図2のように、補強部材12を必ずしも光電変換モジュールの1つの側面全体に配置する必要はなく、取付け穴13の強度と曲面15への押付効果が得られれば、光電変換モジュールの1つの側面の一部に、取付け穴13及びその周囲部分から成る小形の補強部材12を配置してもよい。
As shown in FIG. 2, the shape of the reinforcing
補強部材12の取付け穴13は、その個数が少なすぎると、光電変換モジュールの固定が不安定となり、また個数が多すぎると、光電変換モジュールの固定作業が煩雑になることから、取付け穴13の個数は4〜8個程度がよい。
If the number of the mounting
なお、光電変換モジュールは、その平面視形状が四角形である場合、その角はC面或いはR面となるように面取りされていてもよい。ここで、C面取りとは、交差する角の面部分を45ーでカットする加工で、R取りとは、交差する角の面部分を丸形状にする加工である。 In addition, when the planar view shape of the photoelectric conversion module is a quadrangle, the corner may be chamfered so as to be a C plane or an R plane. Here, the C chamfering is a process of cutting the intersecting corner surface part by 45-, and the R chamfering is a process of rounding the intersecting corner surface part.
(第2の実施形態)
本発明においては、光電変換素子は例えば図8に示すような薄膜型の光電変換素子20でもよい。該光電変換素子20は、複数の半導体層が積層された半導体層(すなわち、p型を呈する半導体層16とn+型を呈する半導体層17)と、p+型を呈する半導体及び一方の電極18と、反射防止層19と、他方の電極7(例えばフィンガー電極)とから構成される。
(Second Embodiment)
In the present invention, the photoelectric conversion element may be, for example, a thin film
p型を呈する半導体層16は、Siにp型を呈するB,Al,Ga等が微量元素含まれているものである。p型を呈する半導体層16上に、n+型を呈する半導体層17を、n型を呈するP,As等が含まれている半導体材料を塗布するか或いはガスを用いて熱拡散等で形成することによって設ける。
The p-
p+型を呈する半導体及び一方の電極18は、p+型を呈するB,Al,Ga等を含む半導体材料を含有する半導体ペーストと、電極となる銀等を含む金属ペーストとを混合し塗布するか、半導体ペースト層と金属ペースト層とを積層して、焼成して形成する。
The p + type semiconductor and the one
反射防止層19は、SiO2,SiN等から選ばれる1種または複数種の酸化物系膜等から成り、スパッタリング法、気相成長法等で形成する。
The
他方の電極7は、例えば反射防止層19をパターンエッチングした後に、導電性を呈する銀等を含む金属ペーストを塗布し焼成することで形成する。
The
なお、酸化防止のために、一方の電極18及び他方の電極7上にハンダ層をコートしても良い。
In order to prevent oxidation, a solder layer may be coated on one
一方の電極18及び他方の電極7上にバスバー電極等の集電極を設けて、この集電極によって電極7同士を接続する。集電極は銅の芯材の表面をハンダでコートしたもの等が主に用いられる。その他の構成は図1〜図3のものと同様である。
A collector electrode such as a bus bar electrode is provided on one
(第3の実施形態)
本発明においては、図9に示すように、補強部材12の一部を透光性基体9の端部の内部に埋め込んで設け、補強部材12に設けた取付け穴13及びその周囲部分が外部に露出するように設けてもよい。そして、前記取付け穴13を介して取付け金具14で固定することによって、光電変換モジュールの脱落が無く機械的荷重試験に耐え得る構成とすることができる。
(Third embodiment)
In the present invention, as shown in FIG. 9, a part of the reinforcing
補強部材12の形状は、図10(a),(c)のように、光電変換モジュールの対向する2つの側面全面に亘って突出するように形成し、突出部分に取付け穴13を設けてもよく、また図10(b)のように、取付け穴13を設ける部分のみを光電変換モジュールの側面から突出させてもよい。また、補強部材12を必ずしも光電変換モジュールの1つの側面全体に配置する必要はなく、取付け穴13の強度と曲面15への押付効果が得られれば、光電変換モジュールの1つの側面の一部に、取付け穴13及びその周囲部分から成る小形の補強部材12を配置してもよい。
As shown in FIGS. 10A and 10C, the reinforcing
ここでは、補強部材12に設けた取付け穴13及びその周囲部分を外部に露出するよう前記したように設けた以外は、上記した第1の実施形態の構成と同様である。
Here, the configuration is the same as that of the above-described first embodiment except that the mounting
上記した第1〜3の実施形態において、光電変換素子8(20)で発電した電流を集電するための集電極は、光電変換モジュールの側面に形成された補強部材12の前記側面と平行に配設されていることが望ましい。これにより、平面や曲面へ光電変換モジュールを取り付ける際に、補強部材12が曲げやたわみを抑えるため、前記集電極部7aの断線や破損を防止できる。また、図4に示すように、集電極は、光電変換モジュールの曲げ方向(図4では横方向)に直交する方向(図4では上下方向)に延びるように形成され、かつ補強部材12は集電極に平行に形成されていることが好ましい。例えば、箔状で長方形状の集電極は、1列に3個設けられた光電変換素子(光電変換セル)を直列に接続するために上下の基板に接続されることとなるが、補強部材12の側面と平行に形成することにより、剥離される方向に力はかからない。この場合、集電極の光電変換素子8の継ぎ目部分の破損を有効に防止できる。また、集電極が光電変換モジュールの曲げ方向(図4では横方向)に平行な方向(図4では横方向)に延びるように形成され、かつ補強部材12は集電極に平行に形成されていてもよく、この場合にも、補強部材12が過剰な曲げや撓みを抑えるため、集電極の光電変換素子8の継ぎ目部分の破損を有効に抑制することができる。
In the first to third embodiments described above, the collector electrode for collecting the current generated by the photoelectric conversion element 8 (20) is parallel to the side surface of the reinforcing
なお、上述した光電変換素子を1つ設けるか、または複数を接続(直列、並列または直並列に接続)した光電変換モジュールとし、さらに光電変換モジュールを1つ設けるか、または複数を接続(直列、並列または直並列に接続)したものを発電手段として用い、この発電手段から直接直流負荷へ発電電力を供給するようにしてもよい。また、上述した発電手段をインバータ等の電力変換手段を介して発電電力を適当な交流電力に変換した後、この発電電力を商用電源系統や各種の電気機器等の交流負荷に供給することが可能な発電装置としてもよい。さらに、このような発電装置を日当たりのよい建物の屋根や壁面に設置する等して、各種態様の太陽光発電システム等の光発電装置として利用することも可能である。 In addition, it is set as the photoelectric conversion module which provided one photoelectric conversion element mentioned above, or connected multiple (connected in series, parallel, or series-parallel), and also provided one photoelectric conversion module, or connected multiple (series, What is connected in parallel or in series and parallel) may be used as the power generation means, and the generated power may be supplied directly from the power generation means to the DC load. In addition, after the power generation means described above is converted into appropriate AC power via power conversion means such as an inverter, it is possible to supply this generated power to an AC load such as a commercial power system or various electric devices. It is good also as a simple power generator. Furthermore, it is also possible to use such a power generation device as a photovoltaic power generation device such as a solar power generation system in various modes by installing it on the roof or wall of a building with good sunlight.
本発明の光電変換モジュールの実施例を図1〜4に基づき具体的に以下に説明する。 Embodiments of the photoelectric conversion module of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS.
まず、光電変換素子8を以下のようにして作製した。多数の結晶半導体粒子2として、直径約0.2〜0.6mmのp型の結晶シリコン粒子の表面にn型シリコン層4を形成したものを用い、一方の電極であるアルミニウムから成る導電性基板1上に結晶半導体粒子2を多数配設して、アルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以上の温度で約10分加熱して結晶半導体粒子2を導電性基板1に接合した。
First, the
その後、結晶半導体粒子2の上部のみをレジスト層で覆い、フッ酸硝酸の混酸でエッチングしてpn分離を行った。レジスト層の除去後、樹脂からなる絶縁物質5をpn分離部に充填した。
Thereafter, only the upper part of the
次に、結晶半導体粒子2の上部表面を洗浄して、他方の電極である透光性導体層6としてITO膜を80nmの厚みに形成した。その上に熱硬化性のエポキシ樹脂と銀粉とを混合した導電性ペーストでフィンガー電極を形成し、200℃で硬化させた。さらに、銅リボンからなるバスバー電極を透光性導体層6と導電性基板1に取り付け、隣接する結晶半導体粒子2同士を接続し、光電変換素子8を作製した。
Next, the upper surface of the
また、図8に示す光電変換素子20を以下のようにして作製した。まず、p型を呈する半導体16をPが含まれているガス中に曝して一方の主面にPを熱拡散させることで、n+型を呈する半導体層17を形成した。
Moreover, the
次に、半導体16の他方の主面にAl粉を含む金属ペーストを塗布し焼成し、及び電極となる銀等を含むペーストを塗布焼成してp+型を呈する半導体及び一方の電極18を形成した。
Next, a metal paste containing Al powder was applied to the other main surface of the
その後、半導体16の一方の主面をフッ酸で処理した後に、半導体層17上にSiNを気相成長法等で形成して反射防止層19とした。形成した反射防止層19をパターンエッチングした後に、導電性を呈する銀等を含む金属ペーストを塗布し焼成することで他方の電極7を形成した。
Thereafter, one main surface of the
次に、一方の電極18及び他方の電極7上にハンダ層をコートした後、一方の電極18及び他方の電極7上に銅の芯材の表面をハンダ層でコートしたバスバー電極を設けてフィンガー電極同士の間を接続して、各光電変換素子間を接続し、光電変換素子20を作製した。
Next, a solder layer is coated on one
次に、上記で得られた光電変換素子8を用いて、図1における第1の保護層10として透明PVFフィルム、第2の保護層11として白色PVFフィルムを用い、透光性基体9にエチレン酢酸ビニル重合体(EVA)を用いて、光電変換素子8及び予め取付け穴13を形成した長さ40mm、幅10mmの補強部材12を図2のように配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。前記光電変換モジュールは、補強部材12の構成材料、及び取付け穴13の位置として光電変換モジュールの端面からの距離を表1に示す組合せとし、試料No.1〜16の光電変換モジュールを作製した。
Next, using the
なお、試料No.13,14は補強部材12を用いなかった試料であり、試料No.15,16は補強部材12を光電変換モジュール内部ではなく、光電変換モジュールの上から重ねて取付け金具14で固定した試料である。
Sample No.
(評価試験及び評価結果)
次に、得られた光電変換モジュールの試料No.1〜16を用いて、以下の機械的荷重試験を行った。
(Evaluation test and evaluation results)
Next, sample No. of the obtained photoelectric conversion module was obtained. The following mechanical load tests were performed using 1-16.
まず、前記光電変換モジュールのみを固定台に取付け穴13を介してネジで固定した。そして、補強部材12部以外は固定台がないように固定し、光電変換モジュール全面に2400Paの圧力がかかるように砂袋を乗せて、光電変換モジュールの固定台からの脱落状況を調べた。
First, only the photoelectric conversion module was fixed to the fixing base with screws through the attachment holes 13. And it fixed so that there was no fixed base except the
その結果を表1に示す。表1で、機械的荷重試験結果は、○は固定台からの脱落なし、×は固定台からの脱落を示す。
表1に示すように、補強部材12を用いなかった試料No.13,14では、機械的荷重試験で脱落防止のためには取付け穴13の光電変換モジュール端面からの距離が8mm程度必要であった。また、補強部材12を光電変換モジュールの上から重ねて取付け金具14で固定した試料No.15,16では、取付け穴13の光電変換モジュール端面からの距離が7mm程度必要であった。これに対して、本発明の範囲内の条件にある試料No.1〜12では各種の補強部材12を用いることによって光電変換モジュールの端面からの埋め込まれている幅の距離は1mm以上であれば機械的荷重試験で脱落することはなかった。
As shown in Table 1, the sample No. in which the reinforcing
また、直径300mmの円筒状の曲面15に光電変換モジュールを固定した場合、試料No.15,16では光電変換モジュールと曲面15との隙間は5mm程度発生するが、本発明の範囲内の条件にある試料No.1〜12ではどれも隙間は発生しなかった。
When the photoelectric conversion module is fixed to the cylindrical
また、本発明の光電変換モジュールでは、いずれもバスバー電極の断線及び破損は生じなかった。 Moreover, in the photoelectric conversion module of the present invention, no disconnection or breakage of the bus bar electrode occurred.
本発明の光電変換モジュールの他の実施例を図9,10に基づき具体的に以下に説明する。 Another embodiment of the photoelectric conversion module of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS.
まず、前記実施例1で作製した光電変換素子8を用いて、第1の保護層10として透明PVFフィルム、第2の保護層11として白色PVFフィルムを用い、透光性基体9にエチレン酢酸ビニル重合体(EVA)を用いて、前記光電変換素子8及び予め取付け穴13を形成した長さ40mm、幅15mmの補強部材12を図10(a),(b),(c)のように配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。
First, using the
試料No.17〜24は補強部材12を図10(a)の形状に、試料No.25は補強部材12を図10(b)の形状にして配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。また、試料No.26は補強部材12を図10(c)の形状にして配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートした後に、取付け穴13周囲の、第1の保護層10、透光性基体9、第2の保護層11を除去することで光電変換モジュールを作製した。前記光電変換モジュールは、補強部材12の構成材料、及び取付け穴13の位置として光電変換モジュールの端面からの距離を表2に示す組合せとし、試料No.17〜34の光電変換モジュールを作製した。
Sample No. 17 to 24 show the reinforcing
なお、試料No.31,32は補強部材12を用いなかった試料である。
Sample No. 31 and 32 are samples in which the reinforcing
(評価試験及び評価結果)
次に、得られた光電変換モジュールの試料No.17〜32を用いて、実施例1と同様にして機械的荷重試験を行った。その結果を表2に示す。表2で、機械的荷重試験結果は、○は固定台からの脱落なし、×は固定台からの脱落を示す。
Next, sample No. of the obtained photoelectric conversion module was obtained. A mechanical load test was conducted in the same manner as in Example 1 using 17-32. The results are shown in Table 2. In Table 2, as for the mechanical load test results, ○ indicates no drop off from the fixed base, and × indicates drop off from the fixed base.
表2に示すように、補強部材12を用いなかった試料No.31,32では、機械的荷重試験で脱落防止のためには取付け穴13の光電変換モジュール端面からの距離が8mm程度必要であった。
As shown in Table 2, the sample No. in which the reinforcing
これに対して、試料No.17〜26では各種の補強部材12を用いることによって光電変換モジュールの端面からの埋め込まれている幅の距離は3mm以上であれば機械的荷重試験で脱落することはなかった。
In contrast, sample no. In Nos. 17 to 26, by using various reinforcing
また、直径300mmの円筒状の曲面15に光電変換モジュールを固定した場合、本発明の範囲外の条件の光電変換モジュールと曲面15との隙間は5mm程度発生するが、本発明の範囲内の条件の光電変換モジュールではどれも隙間は発生しなかった。
In addition, when the photoelectric conversion module is fixed to the cylindrical
また、本発明の光電変換モジュールでは、いずれもバスバー電極の断線及び破損は生じなかった。 Moreover, in the photoelectric conversion module of the present invention, no disconnection or breakage of the bus bar electrode occurred.
上記実施例2で作製した試料No.20,25及び26を用いて、固定台に取付け穴13を介してネジで脱着を100回繰り返す試験を行い、剥離に対する強度を調べた。その結果を表3に示す。表3で、脱着試験は、○は補強部材の剥離なし、×は補強部材の剥離等の脱落が発生したものを示す。
表3に示すように、本発明の光電変換モジュールは、100回の脱着操作によっても、取付け穴13周辺の各種部材や保護層10,11等が剥離することはなく(○)、初期と比較して変化は見られなかった。
As shown in Table 3, in the photoelectric conversion module of the present invention, the various members around the mounting
また、本発明の光電変換モジュールでは、いずれもバスバー電極の断線及び破損は生じなかった。 Moreover, in the photoelectric conversion module of the present invention, no disconnection or breakage of the bus bar electrode occurred.
なお、本発明は以上の実施の形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。 In addition, this invention is not limited to the above embodiment and Example, A various change may be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1・・・・導電性基板
2・・・・結晶半導体粒子
3・・・・第一導電型の半導体
4・・・・第二導電型の半導体層
5・・・・絶縁物質
6・・・・透光性導体層
7・・・・他方の電極(集電極)
8・・・・光電変換素子
9・・・・透光性基体
10・・・第1の保護層
11・・・第2の保護層
12・・・補強部材
13・・・取付け穴
14・・・取付け金具
15・・・曲面
16・・・p型を呈する半導体
17・・・n+型を呈する半導体層
18・・・p+型を呈する半導体及び一方の電極
19・・・反射防止層
20・・・その他の光電変換素子の一例
21・・・曲面との隙間
DESCRIPTION OF
8... Photoelectric conversion element 9...
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