JP2009032954A - 太陽電池パネル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールと支持基板との確実な固定を簡易な構成及び簡単な製造方法により実現し得る太陽電池パネル及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】薄膜太陽電池セルが接着性樹脂封止材１６、１７によって封止されてなる太陽電池モジュール１１と、太陽電池モジュール１１の接着性樹脂封止材１７と接着される一方の面２４ｃが表面処理されてなる支持基板２４と、支持基板２４の他方の面に接着されるハニカム構造体２２とを具備することとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池パネル及びその製造方法に関し、特に薄膜太陽電池モジュールがハニカム構造体により支持される太陽電池パネル及びその製造方法に関する。

現在、環境保護の立場から、クリーンなエネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害であることから注目を集めている。同一基板上に形成された複数の太陽電池セルが、直列接続されてなる太陽電池（光電変換装置）の代表例は、薄膜太陽電池である。薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などに取り付けて利用される業務用、一般住宅用にも需要が広がってきている。

従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いていたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。

このような観点より、太陽電池パネルの軽量化を図る目的で、支持体としてハニカム構造を用いたハニカム構造体の表面に太陽電池モジュールを固定したものが提案されている（特許文献１参照）。
特開平４−４２９４５号公報

特許文献１では、ハニカム構造体と太陽電池とを積層し、その周囲をフレーム部材により固定する構成が示されている。しかしながら、特許文献１においては、ハニカムコア材と太陽電池とをフレーム部材により固定するため、フレーム部材を用いる分、太陽電池パネル全体の重量が増加すると共に構成が複雑になる問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールと支持基板との確実な固定を簡易な構成及び簡単な製造方法により実現し得る太陽電池パネル及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の太陽電池パネルは、薄膜太陽電池セルが接着性樹脂封止材によって封止されてなる太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの前記接着性樹脂封止材と接着される一方の面が表面処理されてなる支持基板と、前記支持基板の他方の面に接着されるハニカム構造体とを具備したことを特徴とする。

この構成によれば、表面処理された支持基板に太陽電池モジュールを接着することにより、実用上十分にこれらを接着させることができる。接着により支持基板と太陽電池モジュールとを固定することができることにより、フレーム部材等の別部品を用いてこれらを固定する場合に比べて、太陽電池パネルの構成が複雑になることを防止して、重量の増加を回避することができると共に、簡易な構成により簡単に太陽電池パネルを製造することができる。

また本発明は、上記太陽電池パネルにおいて、前記表面処理は、プライマーの塗布処理であることを特徴とする。

この構成によれば、プライマーの塗布による化学的処理により、支持基板を表面処理することができる。

また本発明は、上記太陽電池パネルにおいて、前記表面処理は、コロナ放電処理であることを特徴とする。

この構成によれば、コロナ放電による電気的処理により、支持基板を表面処理することができる。

また本発明は、上記太陽電池パネルにおいて、前記支持基板及び前記ハニカム構造体は、アルミニウム材によって形成されることを特徴とする。

この構成によれば、アルミニウム材を用いる分、太陽電池パネルを軽量化することができる。

また本発明の太陽電池パネルの製造方法は、薄膜太陽電池セルが接着性樹脂封止材によって封止されてなる太陽電池モジュールと一方の面が表面処理されてなる支持基板の該一方の面とを接着する工程と、前記太陽電池モジュールが接着された前記支持基板の他方の面にハニカム構造体を接着する工程とを具備することを特徴とする。

この方法によれば、太陽電池モジュールと支持基板とを接着した後、これをハニカム構造体に接着することにより、製造の作業性が一段と向上する。

また本発明は、上記太陽電池パネルの製造方法において、前記太陽電池モジュールは、太陽電池の電極に接続されたリード線を有し、前記支持基板は、前記リード線を挿通させる貫通孔を有し、前記太陽電池モジュールと前記支持基板の一方の面とを接着する工程では、前記太陽電池モジュールの前記電極に接続されたリード線が前記支持基板の貫通孔を通して前記支持基板の他方の面から引き出され、該引き出されたリード線に接続される端子箱が前記支持基板の他方の面に取り付けられることを特徴とする。

この方法によれば、太陽電池モジュールが接着される支持板の接着面の裏面側からリード線を引き出して端子箱に接続することができることにより、容易に端子箱を取り付けることができる。

本発明によれば、太陽電池モジュールと支持基板との確実な固定を簡易な構成及び簡単な製造方法により実現し得る太陽電池パネル及びその製造方法を提供することを目的とする。

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本実施の形態にかかる太陽電池パネル１０の構成を示す断面図である。図１に示すように、太陽電池パネル１０は、可撓性のあるプラスチックフィルム上に太陽電池が構成されてなる太陽電池モジュール１１と、この太陽電池モジュール１１を支持する支持部２１とを備えている。

支持部２１においては、ハニカム構造のハニカムコア２２の一方の面にシリコーン接着剤層２３を介して表面側支持板２４が設けられており、また、ハニカムコア２２の他方の面にシリコーン接着剤層２５を介して裏面側支持板２６が設けられている。

この実施の形態の場合、表面側支持基板２４は、厚さが２ｍｍのフッ素アルミ板（フッ素樹脂を高温焼き付け塗布処理したもの）で形成されており、太陽電池モジュール１１から引き出されるリード線１３ａ及び１３ｂを挿通させるための貫通孔２４ａ及び２４ｂが形成されている。この貫通孔２４ａ及び２４ｂは、直径10ｍｍで形成されている。

また、裏面側支持基板２６は、ハニカムコア２２のハニカム構造との接着性が良い材料が用いられる。

表面側支持基板２４、裏面側支持基板２６及びハニカムコア２２は、軽量化を実現するためにアルミ箔やアルミ板を用いることが好ましい。また、表面側支持基板２４及び裏面側支持基板２６の厚みは、0.5ｍｍ〜10.0ｍｍの範囲が望ましい。厚みが0.5ｍｍ以下では、太陽電池モジュール１１と貼り合わせた際に、熱収縮差により波状に変形するからであり、厚みが10.0ｍｍ以上の場合には、重量が重くなると共に、太陽電池モジュール１１と貼り合わせる際の熱伝導が低くなることにより加熱時間が長時間必要となるからである。

ハニカムコア２２には、表面側支持基板２４の貫通孔２４ａ及び２４ｂに対向する位置にそれぞれ凹部が形成されており、この凹部に端子箱１５ａ及び１５ｂが設けられている。この端子箱１５ａ及び１５ｂにおいては、それぞれの内部にリード線１３ａ及び１３ｂが半田付けされてリード線１３ａ、１３ｂと端子箱１５ａ、１５ｂ内部の端子（図示せず）とが電気的に接続されている。端子箱１５ａ及び１５ｂの内部には、金属部分の絶縁を確保するためにシリコーン充填剤が充填されている。なお、本実施の形態においては、シリコーン充填剤として、シリコーンＫＥ２００（商品名：信越化学製）を用いるがこれに限られるものではない。

図２（Ａ）は、太陽電池モジュール１１の構成を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、その平面図である。図２（Ａ）に示すように、太陽電池モジュール１１は、0.3ｍｍ膜厚の接着性樹脂封止材（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ：ethylene-vinyl acetate））１６が低温で予め仮ラミネートされた太陽電池サブモジュール１２の上下に膜厚が0.4ｍｍのＥＶＡ１７ａ及びＥＶＡ１７ｂが設けられている。また、光の入射面側となるＥＶＡ１７ａの表面には、厚さが0.025ｍｍのＥＴＦＥ（熱可塑性フッ素樹脂）耐候性フィルム（保護フィルム）１８が設けられている。太陽電池サブモジュール１２の裏面電極部は、補助配線１４ａ、１４ｂでリード線１３ａ、１３ｂを貼りつけた構造を有しており、前記接着性樹脂封止材ＥＶＡ１７ｂに十字切り込み穴が開けられ、この穴をリード線１３ａ、１３ｂが貫通し外側に取り出されている。また、図２（Ｂ）に示すように、太陽電池サブモジュール１２は、太陽電池モジュール１１の略中央部に配置され、太陽電池サブモジュール１２の裏面電極部に前記補助配線１４ａ、１４ｂでリード線１３ａ、１３ｂが貼り付けられている。

また、図３は、表面側支持基板２４の構成を示す断面図である。図３に示すように、表面側支持基板２４の太陽電池モジュール１１を接着する側の表面２４ｃには、プライマー材料が塗布処理されている。このプライマー材料としては、例えば、プライマーＲ３（商品名：信越化学製）等のプライマー材料を用い、このプライマー材料が表面側支持基板２４の表面２４ｃにスプレー塗布処理されている。なお、このプライマー材料は、粘度が高い材料であるため、希釈溶剤によって希釈して使用する。塗布方法としては、スプレーガンによる吹き付け塗装や筆による塗布が可能であるが、面積が大きい場合には吹き付けが好ましい。

このようにして表面２４ｃにプライマー材料が塗布処理されている表面側支持基板２４においては、そのプライマー塗布処理がされた表面２４ｃに太陽電池モジュール１１のＥＶＡ１７を十分に接着させることができる。すなわち、フッ素アルミ等を用いた表面側支持基板２４においては、表面にフッ素樹脂が存在するため、この非接着性のフッ素樹脂と、シート状のＥＶＡ１７とは、そのままでは接着強度が弱く、高温多湿雰囲気ではさらに強度が低下して実用上十分に接着し得ないこととなる。従って、フッ素アルミ材でなる表面側支持基板２４を改質する必要があり、プライマー材料の塗布による化学的改質処理を行うようになされている。なお、改質の方法としては、プライマー材料の塗布による化学的処理の他に、コロナ処理による電気的処理がある。この処理については後述する。

かくして、プライマー材料の塗布処理による表面２４ｃの化学的改質処理（表面処理）を行うことにより、この表面処理を行った表面側支持基板２４と太陽電池モジュール１１のＥＶＡ１７とを確実に接着させることができる。

次に、太陽電池パネル１０の製造方法について説明する。材料の組立ては、配線処理工程の必要性より、図２（Ａ）を上下逆にした状態で下の方から（保護フィルム１８側から）組立てる。すなわち、保護フィルム１８を図示しない支持板と剥離フィルム上にセットし、その上に表面側のシート状のＥＶＡ１７ａを設置する。そして、図２（Ｂ）に示した、太陽電池サブモジュール１２の裏面電極部にリード線１３ａ、１３ｂを補助配線１４ａ、１４ｂで貼り付け電気的接続を行ったものをシート状のＥＶＡ１７ａの上に設置する。リード線１３ａ、１３ｂは、はんだメッキCu材料からなる厚さ0.08ｍｍ、幅2ｍｍの金属箔を用い、補助配線１４ａ、１４ｂとして、厚さ0.025ｍｍのＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルムと厚さ0.030ｍｍのアルミニウムの積層に導電性粘着剤を付した幅6ｍｍのテープを用い、太陽電池サブモジュール１２の裏面電極部にリード線１３ａ、１３ｂを貼り付けることにより構成され、下記に示すラミネート処理の準備を行う。

次に、その上にリード線１３ａ、１３ｂの取り出し位置にカッターナイフ等で十字の切り込みを入れた裏面側のＥＶＡ１７ｂを配置したのち、既にプライマー塗布処理が施された表面側支持基板２４をその表面処理（プライマー塗布処理）が施された表面２４ｃがＥＶＡ１７ｂと接合するようにＥＶＡ１７ｂ上に載置する。このとき、表面側支持基板２４の貫通孔２４ａ及び２４ｂ、切り込みを入れた裏面側のＥＶＡ１７ｂにリード線１３ａ及び１３ｂを挿通させ、表面側支持基板２４のＥＶＡ１７ｂとの接合面とは反対側の面に図示しないフッ素樹脂テープで固定する。そして、その上に図示しない剥離フィルムをセットすることにより、組み立てを終了する。

そして、上記組み立て品を、真空ラミネート装置内に搬送し、90℃の温度で５分間真空引き、１分間プレス化後、150℃まで昇温し、20分間の真空ラミネート工程を行い、加熱硬化処理することにより、図４に示すように、全体を一体化させて太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０を製造する。

製造された太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０において、図示しないフッ素樹脂テープで固定されたリード線１３ａ、１３ｂを表面側支持基板２４の裏面側から引き起こし、端子箱１５ａ及び１５ｂを表面側支持基板２４の裏面側の所定位置（リード線１３ａ、１３ｂが引き出されている貫通孔２４ａ、２４ｂに対向する位置）にシリコーン接着剤（例えばシリコーンＫＥ４５（商品名：信越化学製））２３で固定し、端子箱１５ａ、１５ｂ内部の所定位置にリード線１３ａ、１３ｂを半田付けして電気的接続を行う。その後、端子箱１５ａ、１５ｂ内にシリコーン充填剤（例えばシリコーンＫＥ２００（商品名：信越化学製））を充填することにより、端子箱１５ａ、１５ｂ内部の金属部分の絶縁を確保した後、充填を行うための孔部に蓋を取り付ける。これにより、図４に示すような、端子箱１５ａ、１５ｂが取り付けられた太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０が完成する。

また、ハニカムコア２２においては、予め端子箱１５ａ、１５ｂの取り付け位置に、端子箱１５ａ、１５ｂよりも僅かに大きな凹部２２ａ及び２２ｂを押し込み治具により形成する。そして、この凹部２２ａ、２２ｂが形成されたハニカムコア２２に対して、凹部２２ａ、２２ｂに端子箱１５ａ、１５ｂが挿入されるように位置決めしながら、シリコーン接着剤（シリコーン接着剤層２３（図１））を用いて太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０を接着すると共に、シリコーン接着剤（シリコーン接着剤層２５（図１）を用いて裏面側支持基板２６を接着する。これにより、図１に示す太陽電池パネル１０が完成する。太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０は、太陽電池モジュール１１が貼り付けられているが、端子箱１５ａ、１５ｂが取り付けられている以外は外装面が平滑面で構成されていることにより、ハニカムコア２２との組み立て、接着を容易に行うことができる。

なお、端子箱１５ａ、１５ｂは、表面側支持基板２４の端部からはみ出さない位置に取り付けるように構成されている。これにより、太陽電池パネル１０を複数枚並べて設置する場合において、隣接する太陽電池パネル１０の間に端子箱１５ａ、１５ｂによる隙間ができることを防止し、外観上良好な状態に設置することができる。

以上説明した太陽電池パネル１０においては、表面側支持基板２４の表面２４ｃにプライマー塗布処理が施されていることにより、太陽電池モジュール１１に使用されるＥＶＡ１７との接着強度が実用上十分な程度に高められている。これにより、表面側支持基板２４に太陽電池モジュール１１が確実に接着されてなる太陽電池モジュール付き表面支持基板３０が得られる。このように、太陽電池モジュール１１が表面側支持基板２４に確実に接着されることにより、従来のように、これらをフレーム等の別部品で固定するといった複雑な構成を用いる必要がなくなる。

また、このように太陽電池モジュール１１と表面側支持基板２４とを固定するためのフレーム等の別部品が不要となることにより、太陽電池モジュール１１を表面側支持基板２４に接着固定して予め太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０を組み立てた後、この太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０とハニカム構造体であるハニカムコア２２及び裏面側支持基板２６とを組み立てて（接着して）太陽電池パネル１０を製造することができる。これにより、ハニカムコア２２の両面に表面側支持基板２４（すなわち太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０）と裏面側支持基板２６とを接着するという簡単な工程により、太陽電池パネル１０を製造することができる。かくして太陽電池パネル１０の製造工程における作業性を向上させることができる。

また、表面側支持基板２４、ハニカムコア２２及び裏面側支持基板２６としてアルミ箔又はアルミ板を用いることにより、太陽電池パネル１０が軽量化する。

また、表面側支持基板２４の貫通孔２４ａ、２４ｂを介して、該表面側支持基板２４の太陽電池モジュール１１が接着された表面側から裏面側へリード線１３ａ、１３ｂを挿通し、裏面側に取り付けられる端子箱１５ａ、１５ｂに接続することにより、これらの組み立てを簡単に行うことができる。また、ハニカムコア２２に凹部２２ａ、２２ｂを予め形成しておき、この内部に、表面側支持基板２４の裏面側に取り付けられた端子箱１５ａ、１５ｂを挿入するようにして、ハニカムコア２２と太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０とを接着することにより、これらを簡単に組み立てることができる。

（第２の実施の形態）
上述の第１の実施の形態においては、表面側支持基板２４としてフッ素アルミ板を用い、表面処理方法として、プライマーＲ３（商品名：信越化学製）を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、表面側支持基板２４として、厚さが2ｍｍのアクリルアルミ板（アルマイト＋アクリルクリア処理）を用い、プライマーとして、プライマーＭＰ１０００（商品名：セメダイン製）を用いてスプレーガンにより表面処理（化学的処理）を行うようにしてもよい。

これにより、外観上良好な太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０を得ることができる。このようにして得られた太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０とハニカムコア２２とを接着すると共に、ハニカムコア２２に裏面側支持基板２６を接着することにより、外観上良好な太陽電池パネルを得ることができる。なお、本実施の形態において、プライマー処理以外の構成及び処理工程は、第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態）
上述の第１及び第２の実施の形態においては、表面側支持基板２４の表面処理として、プライマーを塗布する化学的処理を行う場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、電気的処理により表面処理を施すようにしてもよい。この場合、例えば、表面側支持基板２４として、厚さが1.5ｍｍのカラーアルミ板を用い、電気的処理であるコロナ処理として、出力260Ｗ、5ｃｍ/秒の処理条件で放電処理を行う。

この電気的処理により、外観上良好な太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０を得ることができる。このようにして得られた太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０とハニカムコア２２とを接着すると共に、ハニカムコア２２に裏面側支持基板２６を接着することにより、外観上良好な太陽電池パネルを得ることができる。なお、本実施の形態において、電気的処理以外の構成及び処理工程は、第１の実施の形態と同様である。

（比較例）
上述の第１の実施の形態における処理工程のうち、プライマーによる表面側支持基板２４の表面処理を行わずに太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０を製造した。この太陽電池モジュール付き表面側支持基板３０とハニカムコア２２とを接着すると共に、ハニカムコア２２に裏面側支持基板２６を接着することにより、太陽電池パネルを製造した。

このように表面側支持基板２４の表面処理を行うことなく製造された太陽電池パネルと、第１乃至第３の実施の形態にかかる太陽電池パネル１０とについて、高温高湿試験（85℃、85％ＲＨ、2000時間）を行った。

この試験によれば、表面側支持基板２４の表面処理を行うことなく製造された太陽電池パネルにおいては、太陽電池モジュール１１と表面側支持基板２４との接着端部から剥離が発生した。これに対して、上述の第１乃至第３の実施の形態に係る太陽電池パネル１０においては、太陽電池モジュール１１と表面側支持基板２４との接着部分の剥離は認められなかった。

（他の実施の形態）
なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、表面側支持基板２４の表面処理（化学的処理）として、プライマーＲ３（商品名：信越化学製）またはプライマーＭＰ１０００（商品名：セメダイン製）を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、フッ素、アクリル電着塗装用としては、プライマーＦＥＳ−１（商品名：信越化学製）等を用いることができ、モルタル・コンクリート用としては、プライマーＭＴ（商品名：信越化学製）等他のプライマーを用いることができる。これらのプライマーは粘度が高い材料であるため、希釈溶剤で希釈し、スプレーガンによる吹き付け塗装または筆等による塗布を行うことができる。但し、処理面積が大きい場合には、吹き付け塗装が好ましい。

また、上述の実施の形態においては、表面側支持基板２４としてフッ素アルミ板、アクリルアルミ板またはカラーアルミ板を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限れられるものではなく、無処理アルミ基材を用いるようにしてもよい。

本発明は、例えば建物の屋根等に取り付けられる太陽電池パネルに適用可能である。

本発明の第１の実施の形態にかかる太陽電池パネルの構成を示す断面図 上記第１の実施の形態の太陽電池パネルの太陽電池モジュールの構成を示す断面図及び平面図 上記第１の実施の形態の太陽電池パネルの表面側支持基板を示す断面図 上記第１の実施の形態の太陽電池パネルの製造工程の説明に供する断面図

符号の説明

１０…太陽電池パネル、１１…太陽電池モジュール、１２…太陽電池サブモジュール、１３ａ、１３ｂ…リード線、１４ａ、１４ｂ…補助配線、１５ａ、１５ｂ…端子箱、１６…接着性樹脂封止材（ＥＶＡ0.3mm）、１７a、１７b…接着性樹脂封止材（ＥＶＡ0.4mm）、１８…保護フィルム、２１…支持部、２２…ハニカムコア、２２ａ、２２ｂ…凹部、２３、２５…シリコーン接着剤層、２４…表面側支持基板、２４ａ、２４ｂ…貫通孔、２６…裏面側支持基板

Claims (6)

1. 薄膜太陽電池セルが接着性樹脂封止材によって封止されてなる太陽電池モジュールと、
   前記太陽電池モジュールの前記接着性樹脂封止材と接着される一方の面が表面処理されてなる支持基板と、
   前記支持基板の他方の面に接着されるハニカム構造体と
   を具備したことを特徴とする太陽電池パネル。
2. 前記表面処理は、プライマーの塗布処理であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
3. 前記表面処理は、コロナ放電処理であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池パネル。
4. 前記支持基板及び前記ハニカム構造体は、アルミニウム材によって形成されることを特徴とする請求項１乃至請求３のいずれかに記載の太陽電池パネル。
5. 薄膜太陽電池セルが接着性樹脂封止材によって封止されてなる太陽電池モジュールと一方の面が表面処理されてなる支持基板の該一方の面とを接着する工程と、
   前記太陽電池モジュールが接着された前記支持基板の他方の面にハニカム構造体を接着する工程と
   を具備することを特徴とする太陽電池パネルの製造方法。
6. 前記太陽電池モジュールは、太陽電池の電極に接続されたリード線を有し、前記支持基板は、前記リード線を挿通させる貫通孔を有し、
   前記太陽電池モジュールと前記支持基板の一方の面とを接着する工程では、前記太陽電池モジュールの前記電極に接続されたリード線が前記支持基板の貫通孔を通して前記支持基板の他方の面から引き出され、該引き出されたリード線に接続される端子箱が前記支持基板の他方の面に取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池パネルの製造方法。

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