JP2008244110A

JP2008244110A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2008244110A
Application number: JP2007081999A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Nishida; 佳司西田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】裏面シートに層間剥離が発生しない、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】透光性基板と受光面側封止材と太陽電池素子と裏面側封止材と裏面シートとを順次重ねるようにしてなる太陽電池モジュールにおいて、前記裏面シートがポリエステル系樹脂フィルムより構成された３層構造を有し、前記３層構造のうち、中間層は両面または片面に無機酸化物膜が設けられたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなり、前記３層構造のうち、前記裏面側封止材と接する内側層および外側層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽電池モジュールに関するものであり、特に裏面シートの構造に関するものである。

太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。このため太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合に、雨などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにモジュール化する必要がある。

図３は、一般的な太陽電池モジュールの受光面側の外観を示した図である。図３において、１は透光性基板、２は太陽電池素子、３は接続タブ、４はモジュール枠を示す。

太陽電池モジュールは、透光性基板１と裏面シート（不図示）の間に接続タブ３より電気的に接続された複数の太陽電池素子２を封止材で封入した太陽電池パネルを作製し、この外周部にモジュール枠４を取り付けている。

このような太陽電池モジュールにおいて、上記の裏面シートとしては、ポリエステル系樹脂、特にポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略する）が使用されることが多い。さらに裏面シートは、ＰＥＴ膜／無機酸化物材料を蒸着した樹脂膜／ＰＥＴ膜の３層構造をしたものが知られている。（特許文献１の背景技術参照）このように裏面シートにＰＥＴが使用されるのは、ＰＥＴの表面硬度が比較的高く、また耐熱性、耐光性、防汚性などの太陽電池モジュールの裏面シートに要求される諸特性に優れておりかつ安価であるためである。このように耐湿性の極めて高い無機酸化物層を蒸着した樹脂膜を防湿層とし、この防湿層をＰＥＴフィルムで挟んだ３層構造とすることにより裏面シートの耐湿性能を高めている。

さらに中間層としての無機酸化物材料を蒸着した樹脂膜としては、ＰＥＴフィルムなどの基材フィルム上に真空蒸着法あるいはプラズマ化学蒸着法などを用いて酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどを用いることが知られている。（特許文献２の背景技術参照）
このような構造の裏面シートにおいては、太陽電池モジュールの外側層のＰＥＴフィルムを１５０〜２００μｍ程度、内側層（封止材と接する側）のＰＥＴフィルムを５０〜１００μｍにしている。これは外側層のＰＥＴフィルムを１５０〜２００μｍと厚くすることにより、この部分で耐候性を維持させるためであり、また内側層のＰＥＴフィルムはラミネートまでの運搬、保管や準備工程で中間層の無機酸化蒸着層やその基材フィルムが傷つくことを防ぐために設けてある。

このような太陽電池パネルは、透光性基板１、受光面側封止材、接続タブ３より電気的に接続された複数の太陽電池素子２、裏面側封止材、裏面シートを重畳し、これを減圧下で加熱しながら押圧することでラミネートし、一体化することにより作製している。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のようなものがある。
特開２００５−８６１０４号公報特開２００５−１０１４０４号公報

しかしながら、上述のような太陽電池モジュールのラミネート工程において、ＥＶＡなどの封止材は加熱により架橋反応するため、収縮が発生する。この封止材の収縮が発生すると裏面シートには圧縮応力が係ることとなる。

この様な応力が裏面シートに掛かると裏面シートのＰＥＴ膜／無機酸化物材料を蒸着したＰＥＴ膜／ＰＥＴ膜の各層間で剥離が発生することがあった。このような裏面シートの層間剥離が発生すると太陽電池モジュール内部の太陽電池素子まで水分が浸透することとなり、太陽電池モジュールの出力が低下してしまうということが考えられる。

さらに上記のように裏面シートをＰＥＴ膜／無機酸化物材料を蒸着したＰＥＴ膜／ＰＥＴ膜からなる層構造とした場合においては、ＰＥＴがその構造中にエステル結合を含むため、太陽電池モジュールの長期間の野外での使用により雨や空気中の湿度により加水分解反応を起こし、エステル結合内にカルボン酸基が増えて劣化する。

特に無機酸化物材料を蒸着する中間層のＰＥＴに、加水分解による劣化が発生すると蒸着した無機酸化物材料の剥離、脱落が起こることになり、裏面シートの耐湿性能が低下してしまう。

この応力とＰＥＴの劣化により、裏面シートの層間剥離が太陽電池モジュールの屋外への設置後に発生することも考えられる。

本発明は係る問題に鑑みなされたものであり、その目的は封止材の収縮に起因する応力に強くかつ耐加水分解性能に優れた裏面シートを使用することにより、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の太陽電池モジュールは、透光性基板と受光面側封止材と太陽電池素子と裏面側封止材と裏面シートとを順次重ねるようにしてなる太陽電池モジュールにおいて、前記裏面シートがポリエステル系樹脂フィルムより構成された３層構造を有し、前記３層構造のうち、中間層は両面または片面に無機酸化物膜が設けられたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなり、前記３層構造のうち、前記裏面側封止材と接する内側層および外側層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記内側層の厚みが前記外側層の厚みより厚いことを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールによれば、透光性基板と受光面側封止材と太陽電池素子と裏面側封止材と裏面シートとを順次重ねるようにしてなる太陽電池モジュールにおいて、前記裏面シートがポリエステル系樹脂フィルムより構成された３層構造を有し、前記３層構造のうち、中間層は両面または片面に無機酸化物膜が設けられたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなり、前記３層構造のうち、前記裏面側封止材と接する内側層および外側層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるようにしたことにより、無機酸化物材料を蒸着する基材フィルムの耐加水分解性能が格段に向上し、この中間層の劣化を抑えることができ、無機酸化物材料が長期間にわたり剥離、脱落することなく防湿性能の維持が可能となる。これにより長期間の太陽電池モジュールの使用によっても、裏面シートの耐透湿性能が低下することが無い信頼性の高い太陽電池モジュールの提供が可能となる。

また、本発明の他の太陽電池モジュールによれば、前記内側層の厚みが前記外側層の厚みより厚くしたことにより、裏面シートがＥＶＡの応力を接している内側層で応力を緩和し、中間層や外層との接着面に働く応力を低減することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネル部の構造の一例を示す図である。

同図において、１１は透光性基板、１２は受光面側封止材、１３は太陽電池素子、１４は裏面側封止材、１５は裏面シート、１６は接続タブである。

以下、各部材について詳述する。

透光性基板１１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。

ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。

他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

受光面側封止材１２および裏面側封止材１４はＥＶＡから成り、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下で加熱加圧を行うことで、融着して他の部材と一体化する。

また、受光面側封止材１２および裏面側封止材１４に用いるＥＶＡは、透明材により構成するとよいが、その他裏面側封止材１４に用いるＥＶＡは、太陽電池モジュールの周囲の設置環境に合わせて酸化チタンや顔料等を含有させ、これにより白色等に着色させてもよい。

太陽電池素子１３は、例えば厚み０．２〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンで作られている。太陽電池素子１３の内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合が形成されており、その表面、裏面には電極が銀ペースト等をスクリーンプリント法などにより形成されている。またその両面に設けられる電極の表面には、その保護と接続タブを取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートされることもある。

接続タブ１６は、これを太陽電池素子の電極にハンダ付けすることにより太陽電池素子同士を電気的に接続するものであり、銅箔などの良導電性金属箔にハンダをその表面全面に片面２０〜７０μｍ程度メッキやディピングによりハンダコートしたものを用いる。一般的な１５０ｍｍ角の多結晶シリコン太陽電池素子を使用する場合、接続タブ１６の幅は、１〜３ｍｍ程度、その長さは２６０〜２９０ｍｍ程度である。

図２は本発明に係る裏面シート１５の構造を示す断面図である。図２において、２１は内側層（裏面側封止材と接する側）のポリエステル樹脂フィルム、２２は中間層のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、２３は無機酸化物層、２４は外側層のポリエステル樹脂フィルムを示す。

本発明に係る裏面シートは、中間層が、ＰＥＮであることを特徴とする。

ＰＥＮはＰＥＴに比べ機械強度が高く、さらに水蒸気や酸素や二酸化炭素などのガス透過性が低く、耐加水分解性能が格段に高いことが知られている。このため内側層と外側層のポリエステル系樹脂フィルムがＰＥＴであり、中間層をＰＥＮにしたことにより、無機酸化物材料を蒸着する基材フィルムとしての中間層２２が、加水分解しにくくなり、劣化を抑えることができ、無機酸化物層２３が長期間にわたり剥離、脱落することなく、防湿性能の維持が可能となる。

このようなＰＥＮフィルムの厚みは、３０μｍ以下であり、成膜される酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどの無機酸化物層２２の厚みは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。すなわちこの中間層２２であるＰＥＮフィルムの厚みは、無機酸化物材料を蒸着させるために蒸着層との応力を緩和させるために薄くする必要があり、この厚みが３０μｍを超えると無機酸化物材料との接着強度が低下することがあるためである。また無機酸化物層２２が５０ｎｍ未満では十分な耐湿性能が維持できなくなり、２００ｎｍを超えると裏面シートを搬送する際に、丸めた場合に無機酸化物層２２にひび割れや剥離が発生するという不具合が生じる恐れがあるためである。

本発明に係る裏面シート１５においては、内側層のポリエステル樹脂フィルム２１の厚みが外側層のポリエステル樹脂フィルム２４の厚みより厚いことが望ましい。

すなわち、従来のものであれば外側層のポリエステル樹脂フィルム２４の厚みは、上述のようにこの部分で耐候性を維持させるために厚くしていたが、発明者らが太陽電池モジュールの耐候試験などを繰り返し行った結果では、外側層のポリエステル樹脂フィルムの厚みは５０〜１２５μｍあれば裏面シートとしての耐候性を維持することができることが判明した。

逆にこの部分の厚みを１５０〜２００μｍ程度と厚くすることにより、上述のラミネート後に裏面シートが受ける応力に対し、この部分が持ち堪えようとするため、中間層のポリエステル樹脂フィルム２２との接合部などで層間剥離が発生しやすくなり、裏面シートの耐候性が低下することが判明した。

また内側層のポリエステル樹脂フィルムは、ラミネートまでの運搬、保管や準備工程で無機酸化蒸着層やその基材フィルム（中間層のフィルム）に傷つくことを防ぐために設けているため、その厚みについては２０〜１００μｍ程度とされていたが、この部分の厚みを１５０〜２５０μｍと厚くすることにより、ラミネート後に裏面シートが受ける応力に対し、この部分が持ち堪えることができるようになることがわかった。

またさらに本発明に係る裏面シート１５においては、中間層のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）２３を基材フィルムとしてこれに真空蒸着法あるいはプラズマ化学蒸着法などを用いて酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどの無機酸化物層２２が形成されている。この無機酸化物層２２は、中間層のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）２３の両面に成膜しても何ら問題は無いが、コスト面から片面に成膜することが望ましく、更に望ましくは無機酸化物層２２が、図２に示すように外側層のポリエステル樹脂フィルム２４と接していることが望ましい。これは、無機酸化物層２２を外側向けに配置することにより、その基材フィルムである中間層のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）２３を湿度の影響から保護することが可能となるためである。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は次の通りである。

まず以上の透光性基板１１、受光面側封止材１２、接続タブ１６により接続した太陽電池素子１３、裏面側封止材１４、裏面シート１５を重畳し、ラミネーターと呼ばれる装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００から２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度に加熱しながら加圧することにより一体化する。

作成された太陽電池パネル部の裏面に、外部回路接続用のケーブルを具備した端子ボックス（不図示）を接着材などで取り付ける。

さらに太陽電池モジュールとして必要な強度や太陽電池モジュールを建物等へ設置する際に必要なモジュール枠（不図示）を太陽電池パネル部の外周に嵌め込み、そのコーナー部をネジ止めして太陽電池モジュールが完成する。

この様に作成した太陽電池モジュールで、裏面シート１５を種々変化させたものを作成し、ＪＩＳに定める温度８５℃、湿度８５％の連続恒温恒湿試験を行ない、裏面シートの剥離が発生するまでの時間を調べた。その結果を表１に示す。

表１より中間層を厚さ１０〜２０μｍ程度のＰＥＴフィルムに酸化ケイ素の蒸着をしたものでかつ内側層のＰＥＴフィルムを５０〜１００μｍ程度であり外層側のＰＥＴフィルムを１２５〜２５０μｍにした裏面シートに比べ、中間層を厚さ１０〜２０μｍ程度のＰＥＮフィルムに酸化ケイ素の蒸着をしたものでかつ内側層の厚みを１２５〜２５０μｍ程度であり外側層のＰＥＴフィルムの厚みを５０〜１００μｍ程度にした裏面シート、では、裏面シートの剥離が発生するまでの時間が２倍以上に延びることが確認された。

また、中間層を厚さ１０〜２０μｍ程度のＰＥＴフィルムに酸化ケイ素の蒸着をしたものでかつ内側層のＰＥＴフィルムを５０〜１００μｍ程度であり外側層のＰＥＴフィルムの厚みを１２５〜２００μｍ程度、にした裏面シートに比べ、、中間層を厚さ１０〜２０μｍ程度のＰＥＴフィルムに酸化ケイ素の蒸着をしたものでかつ内側層の厚みを１２５〜２５０μｍであり外側層のＰＥＴフィルムの厚みを５０〜１００μｍ程度にした裏面シートでは、裏面シートの剥離が発生するまでの時間が１．３３倍程度に延びることが確認された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば太陽電池素子は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能であり、さらに接続タブや太陽電池素子の電極をコートしているハンダは鉛を含有した共晶ハンダなどの他に鉛フリーのハンダでも応用可能であり、さらに太陽電池素子の電極にハンダコートを行わないものでも応用可能である。

本発明に係る太陽電池モジュールの太陽電池パネル部の構造の一例を示す分解断面図である。本発明に係る裏面シートの構造を示す断面図である。一般的な太陽電池モジュールの受光面側の外観を示した平面図である。

符号の説明

１；透光性基板
２、１３；太陽電池素子
３、１６；接続タブ
４；モジュール枠
１１；透光性基板
１２；受光面側封止材
１４；裏面側封止材
１５；裏面シート
２１；内側層のポリエステル樹脂フィルム
２２；中間層のポリエステル樹脂フィルム
２３；無機酸化物層
２４；外側層のポリエステル樹脂フィルム

Claims

透光性基板と受光面側封止材と太陽電池素子と裏面側封止材と裏面シートとを順次重ねるようにしてなる太陽電池モジュールにおいて、
前記裏面シートがポリエステル系樹脂フィルムより構成された３層構造を有し、
前記３層構造のうち、中間層は両面または片面に無機酸化物膜が設けられたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなり、前記３層構造のうち、前記裏面側封止材と接する内側層および外側層はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記内側層の厚みが前記外側層の厚みより厚い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。