JP2008053303A - 太陽電池パネル - Google Patents

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竜治 堀岡
Shinichiro Mamase
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Abstract

【課題】安価であり、供給が安定している材料を保護シートとして用いること。
【解決手段】基板と、前記基板の主面上に形成された太陽電池膜と、前記太陽電池膜上に接着シートを介して貼り付けられた保護シートと、を具備する。前記保護シートは、前記接着シート側に設けられた第1の樹脂シートと、前記接着シートの反対側に設けられた第2の樹脂シートと、前記第1の樹脂シートと前記第2の樹脂シートとの間に配置される金属シートと、を有する。前記第1の樹脂シートは、透光性を有している。
【選択図】図2

Description

本発明は、太陽電池パネルに関し、特に、基板上に設けられた太陽電池膜を保護シートにより被覆する太陽電池パネルに関する。
太陽光を受けて発電を行う太陽電池パネルが知られている。その太陽電池パネルは、基板と、その基板の主面上に形成された太陽電池膜とを有している。その太陽電池膜は、外部との短絡防止、水分の浸入抑制のために、保護シートにより被覆される。
その保護シートとしては、従来、金属シートを樹脂シートにより挟んだ構造のものが用いられてきた。
その樹脂シートとしては、黒色などの有色のシートが用いられる。有色の樹脂シートを用いるのは、外観上の観点からである。太陽電池膜は、基板主面の全面に渉って設けられるのではない。基板の端部近傍では、保護シートとの接着面を確保するために、太陽電池膜が除去されている。このため、端部では基板を通して樹脂シートが見える。太陽電池膜と樹脂シートの色が大きく異なる場合は、意匠性が悪くなることがある。
上記と関連して、特許文献1には、アモルファスシリコン系の半導体層の受光面側には透明導電膜を有し、受光面に背設する面は金属拡散防止処理を施した裏面電極を有する太陽電池セルの、受光面に背設する面に昇温性の保護用フィルムを取りつけること、が記載されている。その昇温性の保護用フィルムとして、黒色の樹脂フィルムを利用することが記載されている。
保護シートの色に関して、特許文献2には、耐加水分解性樹脂フィルムと金属酸化物被着フィルム及び白色樹脂フィルムとの3層積層体からなる事を特徴とする太陽電池カバー材用バックシート、が開示されている。
ところで、樹脂シートは、色によって生産量が異なっている。黒色などの有色樹脂シートは、太陽電池パネル以外の用途としては需要が少なく、高価である。また、供給も不安定となる。従って、保護シートに関して、材料費の低減、供給の安定化が望まれる。
特開昭63−249381号 公報 特開2002−100788号 公報
本発明の目的は、太陽電池の出力を向上させ、意匠性を損わず、安価で供給が安定している材料を保護シートとして用いる事である。
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
本発明にかかる太陽電池パネル(1)は、基板(2)と、基板(2)の主面上に形成された太陽電池膜(3)と、太陽電池膜(3)上に接着シート(4)を介して貼り付けられた保護シート(5)と、を具備する。保護シート(5)は、接着シート(4)側に設けられた第1の樹脂シート(51)と、接着シート(4)の反対側に設けられた第2の樹脂シート(52)と、第1の樹脂シート(51)と第2の樹脂シート(52)との間に配置される金属シート(53)と、を有する。第1の樹脂シート(51)は、透光性を有している。
透明シートは、太陽電池パネル(1)以外での用途も多く大量生産され、また、着色の為に顔料などの材料を添加する必要が無いので、安価である。上述のように、第1の樹脂シート(51)として、透光性のものを用いる事で、保護シート(5)に係る材料費を低減させることができる。また、太陽電池パネル(1)以外の用途での使用量も多い為に、供給面での不安も少ない。
上記の太陽電池パネル(1)は、更に、基板(2)の端部を挟むように配置された枠(7)、を具備する事が好ましい。太陽電池膜(3)の端部は、枠(7)によって外部から隠されていることが好ましい。
このように、枠(7)により太陽電池膜の端部を隠すことで、第1の樹脂シート(51)を透明にしたとしても外観上の問題は生じない。
また、光が基板面側から入射した際に、太陽電池膜を透過した光は、第1の樹脂シート(51)をも透過し、金属シート(53)により反射される。反射された光は、再び第1の樹脂シート(51)を透過し、太陽電池膜に再入射されるので、太陽光を効率よく発電に使用することができる。
上記の太陽電池パネル(1)は、一の観点から、第2の樹脂シート(52)が白色であることが好ましい。
太陽電池パネル(1)は、屋外に設置される際に、第2の樹脂シート(52)を地面側にして設置される。第2の樹脂シート(52)を白色とする事によって、地面との輻射伝熱が低下する。太陽電池パネルへの入熱が、地面側へ輻射することが抑えられるので、太陽電池パネル(1)が保温される。保温により、太陽電池膜の光劣化が抑制され、出力を向上させる事ができる。
上記の太陽電池パネル(1)は、他の一の観点から、第2の樹脂シート(52)が黒色であることが好ましい。
太陽電池パネル(1)は、主として基板側から太陽光の入射を受けるが、裏面(光入射面の反対面)からも太陽光が周り込むことがある。裏面側に回り込んだ光が接着剤に入射すると、接着剤が紫外線によって劣化することが有る。第2の樹脂シート(52)を黒色とすることで、例え裏面側に光が回り込んだとしても、第2の樹脂シート(52)によって紫外線が吸収される。従って、接着剤の寿命を延ばす事ができる。
上記の太陽電池パネル(1)において、第2の樹脂シート(52)は、透光性を有していることが好ましい。
第2の樹脂シート(52)を透明なものにする事で、保護シート(5)に要する材料コストを更に低減させることができる。
また、太陽電池パネルを設置した際の裏面側の外観は、金属シート(53)の色となる。金属シート(53)によって、地面との輻射伝熱低下効果がより大きくなり、より効果的な太陽電池パネルの保温効果を得る事ができる。
上記の太陽電池パネル(1)において、第1の樹脂シート(51)及び第2の樹脂シート(52)は、PET(ポリエチレンテレフタレート)製であることが好ましい。
上記の太陽電池パネル(1)において、金属シート(53)は、アルミ箔であることが好ましい。
本発明に依れば、安価であり、供給が安定している材料を保護シートとして用いた太陽電池パネルが提供される。
(第1の実施形態)
図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1Aは、本実施形態に係る太陽電池パネル1の断面を模式的に描いた模式断面図である。太陽電池パネル1は、基板2と、基板2の主面側に設けられた太陽電池膜3と、太陽電池膜3を接着シート4を介して被覆する保護シート5と、基板2の端部において、基板からバックシートまでを挟むようにして設けられた枠7と、を有している。
基板2は、透明であり、基板2側から太陽光が入射することで、太陽電池膜へ光が入射するようになっている。基板2としては、ソーダフロートガラスが例示される。
接着剤4としては、EVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)が例示される。接着シート4は、保護シート5を太陽電池膜3に対して接着させる為に設けられている。また、外部から太陽電池膜3へ水分が浸入する事を防止するために、防湿性を備えている事が好ましい。
保護シート5は、外部から太陽電池膜3に水分が浸入することを防止するために設けられている。図2は、保護シート5の構造を示す断面図である。保護シート5は、第1の樹脂シート51と第2の樹脂シート52によって金属シート53が挟まれた3層構造になっている。
第1の樹脂シート51は、透光性を有している。第1の樹脂シート51の材質としては、PET(ポリエチレンテレフタレート)が好ましい。このような透明性のPETは、非常に安価である上に、太陽電池パネル以外の用途もあるので供給面での懸念もない。第1の樹脂シート51の厚みは、例えば50〜150μmである。
第2の樹脂シート52は、白色である。材質としては、第1の樹脂シート51と同様に、PETが好ましい。第2の樹脂シート52の厚みは、例えば、50μmである。
金属シート53としては、安価で防湿性の高いものが用いられる。防湿性、及び価格面から、アルミ箔が好ましく用いられる。金属シート53の厚みとしては、例えば20μmである。
図1Bは、太陽電池パネル1の端部の断面を拡大して示した図である。一方、図1Cは、太陽電池パネル1を光入射面側(基板側)から見たときの平面図である。図1B、Cに示されるように、太陽電池パネル1の端部は、断面がコの字型の枠7によって覆われている。詳細は後述するが、太陽電池膜3は基板の全面に設けられているわけではなく、端部近傍には設けられていない。ここで、太陽電池膜3の端部は、枠7によって隠れるような位置に配置されるようになっている。即ち、基板面側から太陽電池パネル1を見ても、太陽電池膜3の端部は、枠7に隠れて見えないようになっている。したがって、既述のように、第1の樹脂シート51が透光性を有していても外観上の問題は生じない。
一方、太陽電池パネル1の裏面側は、図1Dに示されるような構造になっている。太陽電池パネル1の裏面側には、端子箱11が設けられている。太陽電池膜3には、バスバー12、取り出し用配線6が接続されている。取り出し用配線6は、端子箱11部分まで延ばされており、端子箱11内で外部配線と接続されている。尚、取り出し用配線6及びバスバー12は、実際には保護シート5で被覆されている為に見えないが、説明の便宜上、図1Dでは透視させて示している。
続いて、太陽電池膜3の構造について説明する。図3は、太陽電池膜3の構造を示す平面図である。即ち、保護シート5を貼り付ける前の太陽電池パネルの裏面平面図である。図3に示されるように、太陽電池膜3は基板の中央部に設けられている。基板の周辺領域14には、太陽電池膜3は設けられていない。これは、保護シート5との接着面を確保する為である。
太陽電池膜3は、セル分割溝8によって、複数の発電セル10に分割されている。複数の発電セル10の各々は、短冊状である。複数の発電セル10は、長辺同士を隣合せて、互いに平行となるように並んでいる。各発電セル10の短辺方向の幅は、6〜10mm程度である。複数の発電セル10は、電気的に直列に接続されている。図3では示されていないが、両端の発電セルには、バスバー12が接続されており、バスバー12、取出し用配線6、及び端子箱11内部の配線を介して外部へ電力が取り出されるようになっている。
太陽電池膜3には、2本の絶縁溝9が設けられている。絶縁溝9は、太陽電池膜3の端部近傍において、各発電セル10の短辺方向に平行になるように設けられている。
続いて、図4を参照して、太陽電池膜3の断面構造について説明する。図4は、セル分離溝8を跨ぐ部分における断面図である。太陽電池膜3は、透明導電層31と、光電変換層32と、裏面電極層33とが、基板2側からこの順に積層した構造を有している。
セル分離溝8は、溝8−1と、溝8−2と、溝8−3とを有している。溝8−1は透明導電層31を分割し、溝8−2は光電変換層32を分割し、溝8−3は裏面電極層33及び光電変換層を分割する。溝8−1、溝8−2、及び溝8−3は、互いに重ならないように設けられている。また、溝8−2が溝8−1と溝8−3との間になるように配置されている。溝8−2が、裏面電極層33により埋め込まれる事により、一の発電セル9の透明導電層が、隣接する発電セルの裏面電極層と電気的に接続される。これにより、複数の発電セル9が、電気的に直列に接続されるようになっている。尚、裏面電極層33を分割する溝8−3の幅は、50〜100μm程度である。
続いて、上述のような太陽電池パネルの製造方法について説明する。ここでは、基板2としてのガラス基板上に光電変換層32として単層アモルファスシリコン層を用いた例について説明する。図5〜7は、太陽電池パネルの製造工程における断面図である。
(1)図5(a)
基板2としてソーダフロートガラス基板(1.4m×1.1m×板厚:4mm)を使用する。基板端面は破損防止にコーナー面取りやR面取り加工されていることが望ましい。
(2)図5(b)
透明導電層31として酸化錫膜(SnO)を主成分とする透明電極膜を約500〜800nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。この際、透明電極膜の表面は適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層31として、透明電極膜に加えて、基板2と透明電極膜との間にアルカリバリア膜(図示されず)を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜(SiO)を50〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
(3)図5(c)
その後、基板2をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第1高調波(1064nm)を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から入射する。パルス発振:5〜20kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セル10の直列接続方向に対して垂直な方向へ、溝8−1を形成するように幅約6〜10mmの短冊状にレーザーエッチングする。
(4)図5(d)
プラズマCVD装置により、減圧雰囲気:30〜150Pa、約200℃にて光電変換層32としてのアモルファスシリコン薄膜からなるp層膜/i層膜/n層膜を順次製膜する。光電変換層32は、SiHガスとHガスとを主原料に、透明導電層31の上に製膜される。太陽光の入射する側からp層、i層、n層がこの順で積層される。光電変換層32は本実施形態では、p層:BドープしたアモルファスSiCを主とし膜厚10〜30nm、i層:アモルファスSiを主とし膜厚250〜350nm、n層:pドープした微結晶Siを主とし膜厚30〜50nmである。またp層膜とi層膜の間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
(5)図5(e)
基板2をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、光電変換層32の膜面側から入射する。パルス発振:10〜20kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層31のレーザーエッチングライン(溝8−1)の約100〜150μmの横側を、溝8−2を形成するようにレーザーエッチングする。
(6)図5(f)
裏面電極層33としてAg膜/Ti膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約150℃にて順次製膜する。裏面電極層33は本実施形態では、Ag膜:200〜500nm、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10〜20nmをこの順に積層する。n層と裏面電極層33との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層32と裏面電極層33との間にGZO(GaドープZnO膜)を膜厚:50〜100nm、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。
(7)図5(g)
基板2をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、図の矢印に示すように、基板2側から入射することで、レーザー光が光電変換層32で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層33が爆裂して除去される。パルス発振:1〜10kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層2のレーザーエッチングライン(溝8−2)の約250μm〜400μmの横側を、溝8−3を形成するようにレーザーエッチングする。
(8)図5(h)
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板2をX−Yテーブルに設置して、レーザーダイオード励起YAGレーザーの第2高調波(532nm)を、基板2側から入射することで、レーザー光が透明導電層31と光電変換層32で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層33が爆裂して除去される。パルス発振:1〜10kHzとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板2の端部から5〜15mmの位置を、絶縁溝9を形成するようにレーザーエッチングする。このとき、発電セル10の長手方向へは絶縁溝を設けない。
絶縁溝9は基板2の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させる。エッチングの終了はレーザー光の停止でも良いが、簡易的には基板2の非レーザーエッチング領域に金属性のマスキング板を設置することで対応が可能である。この基板2の端より5〜10mmの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈する。
(9)図6(a)
後工程のEVA等を介した保護シート5との健在な接着面を確保するために、基板2周辺(周囲領域14)の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去する。まず、基板2の端から5〜15mmで、前述の図5(h)工程で設けた絶縁溝9よりも基板端側における裏面電極層4/光電変換層3/透明導電層2において、研磨除去を行う。研磨屑や砥粒は、基板2を洗浄処理することにより除去される。
(10)図6(b)
端子箱取付け部分は保護シート5に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層を設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の発電セル5と、他方端部の発電セル5とから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池膜3の全体を覆い、基板2からはみ出さないようにEVA(エチレン酢酸ビニル共重合体)等による充填材シートを配置する。
EVAの上に、防水効果の高い保護シート5を設置する。保護シート5は、既述のように、PETシート/AL箔/PETシートの3層構造であり、太陽電池膜3に面する側のPETシートは透明である。
保護シート5までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約150〜160℃でプレスしながら、EVAを架橋させて密着させる。
(11)図7(a)
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱11を接着剤で取付ける。
(12)図7(b)
銅箔と端子箱11の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱11内部を封止剤(ポッティング剤)で充填して密閉する。これで太陽電池パネル1が完成する。
(13)図7(c)
図7(b)までの工程で形成された太陽電池パネル1について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、AM1.5、全天日射基準太陽光(1000W/m)のソーラシミュレータを用いて行う。
以上説明したように、本実施形態に依れば、第1の樹脂シート51として、透明性のものを用いる事で、保護シート5に要するコストを低減することができる。
また、第1の樹脂シート51を透明にする事で、太陽電池膜3を透過した太陽光を、金属シート53によって太陽電池膜3側へ反射させる事ができる。各発電セル10の幅(短辺方向)が6〜10mm程度であるのに対し、裏面電極層33を分割する溝8−3の幅が50〜100μmである。よって、発電セル10へ入射する太陽光のうち、(50〜100μm)/(6〜10mm)=1〜2%、の光は、溝8−3を介して保護シート5側へ透過する。この1〜2%の光が、金属シート53によって反射され、太陽電池膜3に再入射されるので、太陽光を有効に発電に利用することができる。
更に、第2の樹脂シート52として、白色のシートを用いる事で、地面との輻射伝熱が低下する。輻射伝熱が低下するので、太陽電池パネル1が保温される。太陽電池パネル1が保温される事で、光電変換層の光劣化が抑制され、出力が向上する。
(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態と比較して、第2の樹脂シート52の色が異なっている。第1の実施形態では、第2の樹脂シート52が白色であったのに対して、本実施形態では黒色である。第2の樹脂シート52以外の点については、第1の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
太陽電池パネル1を屋外で使用する場合に、光入射面は主として基板側ではあるが、裏面側(地面側)からも太陽光が回り込むことがある。ここで、金属シート53の厚みが極めて薄い場合(例示;0μmより厚く、1μmより小さい場合)には、紫外線が保護シート5を透過してしまうことがある。保護シート5を透過した紫外線は、接着シート4へ入射する。接着シート4として、紫外線によって化学変化を起こすもの(EVA等)を用いていた場合には、接着シート4が劣化してしまう事がある。
本実施形態では、第2の樹脂シート52を黒色とする事で、裏面側から入射した紫外線を、第2の樹脂シート52に吸収させる事ができる。接着シート4へ入射する紫外線量を減少させ、接着剤の寿命を延ばすことができる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第1、2の実施形態と比較して、第2の樹脂シート52の色が異なっている。本実施形態において、第2の樹脂シート52は、主として透明であり、透光性である。但し、第2の樹脂シート52の一部分は、着色している。第2の樹脂シート52以外の点については、第1、2の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
本実施形態のように、第2の樹脂シート52を透明とする事で、保護シート5に要する材料コストを更に抑えることができる。また、太陽電池パネル1の地面側の面は、金属シート53による金属色となる。金属シート53としてアルミ箔を用いた場合には銀色である。このような金属色は、第2の実施形態よりも、更に地面に対する輻射伝熱を低下させる。よって、太陽電池パネル1に対する保温効果を、更に大きくする事ができる。
以上、第1〜3の実施形態について説明した。尚、こららの実施形態では、光電変換層として、単層アモルファスシリコン層を用いたものについて説明したが、必ずしも単層アモルファスシリコン層である必要は無い。例えば、微結晶シリコン層を用いた微結晶シリコン太陽電池や、アモルファスシリコン層と微結晶シリコン層とを複数層に積層させた多タンデム型の太陽電池等、その他の薄膜太陽電池にも同様に適用することができることは、当業者にとっては自明的であろう。
本発明にかかる太陽電池パネルの断面図である。 本発明にかかる太陽電池パネルの端部断面図である。 本発明にかかる太陽電池パネルを光入射面側からみたときの平面図である。 本発明にかかる太陽電池パネルの裏面を示す平面図である。 保護シートの構成を示す断面図である。 太陽電池膜の構造を示す平面図である。 太陽電池膜の構造を示す断面図である。 太陽電池パネルの製造工程における断面形状を示す図である。 太陽電池パネルの製造工程における平面図である。 太陽電池パネルの製造工程における斜視図である
符号の説明
1 太陽電池パネル
2 基板
3 太陽電池膜
31 透明導電層
32 光電変換層
33 裏面電極層
4 接着シート
5 保護シート
51 第1の樹脂シート
52 第2の樹脂シート
53 金属シート
6 取り出し用配線
7 枠
8 セル分離溝
9 絶縁溝
10 発電セル
11 端子箱
12 バスバー
14 周辺領域

Claims (7)

  1. 基板と、
    前記基板の主面上に形成された太陽電池膜と、
    前記太陽電池膜上に接着シートを介して貼り付けられた保護シートと、
    を具備し、
    前記保護シートは、
    前記接着シート側に設けられた第1の樹脂シートと、
    前記接着シートの反対側に設けられた第2の樹脂シートと、
    前記第1の樹脂シートと前記第2の樹脂シートとの間に配置される金属シートと、
    を有し、
    前記第1の樹脂シートは、透光性を有している
    太陽電池パネル。
  2. 請求項1に記載された太陽電池パネルであって、
    更に、
    前記基板の端部にて、前記基板、前記太陽電池膜、前記接着シート、及び前記保護シートを挟むように配置された枠、
    を具備し、
    前記太陽電池膜の端部は、前記枠によって外部から隠されている
    太陽電池パネル。
  3. 請求項1又は2に記載された太陽電池パネルであって、
    前記第2の樹脂シートは、白色である
    太陽電池パネル。
  4. 請求項1又は2に記載された太陽電池パネルであって、
    前記第2の樹脂シートは、黒色である
    太陽電池パネル。
  5. 請求項1又は2に記載された太陽電池パネルであって、
    前記第2の樹脂シートは、透光性を有している
    太陽電池パネル。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載された太陽電池パネルであって、
    前記第1の樹脂シート及び前記第2の樹脂シートは、PET(ポリエチレンテレフタレート)製である
    太陽電池パネル。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載された太陽電池パネルであって、
    前記金属シートは、アルミ箔である
    太陽電池パネル。
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