JP2010034351A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セルストリングの位置ずれ、特にセルストリング間の間隔の狭小化が抑制された、外観に優れた太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】 本発明の太陽電池モジュールは、基板と、太陽電池マトリクスと、前記基板および前記太陽電池マトリクス間に配置される封止材と、前記封止材の少なくとも一部を通り抜けて、前記基板および前記太陽電池マトリクスの双方に接点を有する粘着部材とを備える。特に、太陽電池マトリクスが、直線状に配列する複数の太陽電池素子をインナーリードにより接続してなる複数のセルストリングを平行に配列してなり、前記基板と前記粘着部材との接点、および前記太陽電池マトリクスと前記粘着部材との接点の間を結ぶ直線が、前記セルストリングの長手方向と交差することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。

太陽電池モジュールは、一般に、透光性基板、封止材、複数のセルストリングが平行に配列された太陽電池マトリクス、封止材、および裏面保護材の順で積層し、この積層体をラミネート装置で加熱加圧することにより製造される。このような製造方法における問題の一つとして、このラミネート工程時の加熱・加圧により引き起こされる封止材の収縮・膨張によって太陽電池マトリクスの位置ずれ、特に太陽電池セルストリング間の間隔にずれが生じることが挙げられる。このような太陽電池マトリクスの位置ずれは、得られる太陽電池モジュールの外観を損なうとともに商品価値を低下させる。さらに、近年、デザイン性、多様化などの点から、平板状の太陽電池モジュール以外に、凹面形状などの種々の形状の太陽電池モジュールが製造されている。特に凹面状の太陽電池モジュールは、セル太陽電池ストリングの位置ずれが顕著であり、外観に与える影響は大きい。

このような問題を解決するために、隣り合う太陽電池セルストリングを固定テープ（アクリル糊のＰＥＴ製テープ）で貼る方法などが採用されている。

また、特許文献１には、セル太陽電池ストリングの構成部分である太陽電池素子の接触を防止抑制する目的で、太陽電池素子の電極間を接続する配線の下面に、突出部を有する絶縁材を接着することが開示されている。
特開２００２−０９４０９０号公報

しかしながら、隣り合う太陽電池セルストリング素子間に固定テープを貼る場合、セルストリング間の間隔の広がりについては一定の効果を示すものの、間隔の狭まり（狭小化）についての効果は乏しい。

本発明の目的は、セルストリングの位置ずれ、特にセルストリング間の間隔の狭小化が抑制された、外観に優れた太陽電池モジュールが簡便かつ安定に得られることにある。

本発明の太陽電池モジュールは、基板と、太陽電池マトリクスと、前記基板および前記太陽電池マトリクス間に配置される封止材と、前記封止材の少なくとも一部を通り抜けて、前記基板および前記太陽電池マトリクスの双方に接点を有する粘着部材とを備える。

ある実施態様においては、前記太陽電池マトリクスは、直線状に配列する複数の太陽電池素子をインナーリードにより接続してなる複数のセルストリングを平行に配列してなり、前記基板と前記粘着部材との接点、および前記太陽電池マトリクスと前記粘着部材との接点の間を結ぶ直線が、前記セルストリングの長手方向と交差する。

ある実施態様においては、前記基板は、前記太陽電池マトリクスの外周より張り出した領域を有し、前記領域に、前記粘着部材との接点を有する。

ある実施態様においては、前記太陽電池マトリクスと前記粘着部材との接点が、両端に配列されるセルストリングの端部である。

ある実施態様においては、さらに、前記太陽電池マトリクスの隣り合うセルストリング上に、前記粘着部材が接触されている。

ある実施態様においては、前記基板が、湾曲している。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、第１の基板と、第１封止材と、セルストリングを平行に配列してなる太陽電池マトリクスとを積層する工程において、粘着部材を、第１封止材の少なくとも一部を通り抜けて、前記基板および前記太陽電池マトリクスの双方に接触させる工程、および得られる第１積層体に、さらに第２封止材および第２の基板を積層する工程を包含する。

本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池マトリクスを基板に粘着部材で固定することによって、ラミネート工程の温度設定、環境条件、装置の状態に起因する第１の封止材の収縮などによる太陽電池マトリクスの位置ずれ、特にセルストリング間の間隔の狭小化を抑制することができ、外観に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。さらに本発明の方法によれば、外観不良による製品不良の発生も少なくすることができる。

本発明の太陽電池モジュールについて、図面を参照して説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の太陽電池モジュールの一例を示す図面である。図２は、図１に示す太陽電池モジュールを分解した態様を示す斜視図である。図１に示す太陽電池モジュールは、透光性基板１（基板１）と、太陽電池マトリクス３と、透光性基板１および太陽電池マトリクス３間に配置される第１封止材２と、第１封止材２の少なくとも一部を通り抜けて、透光性基板１および太陽電池モジュール３の双方に接点を有する粘着部材６とを備えている。すなわち、本発明においては、製造工程において変形の少ない基板（特に透光性基板１）に、太陽電池マトリクス３を粘着部材６で固定しておくことによって、ラミネート工程で生じる第１封止材２の収縮などによる太陽電池マトリクスの位置ずれ、特にセルストリング間の間隔の狭小化を抑制することができる。なお、上記太陽電池モジュールは、図１（ｂ）または図２に示すように、さらに、第２封止材４および裏面保護材５（基板５）が積層されて構成されている。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（各部材）
基板１および５としては、当業者が太陽電池モジュールに通常使用するものであればよく、特に制限されない。一般には、図１および図２に示すように、太陽電池モジュールの受光面には透光性基板１が、非受光面には裏面保護材５が用いられる。

透光性基板１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などが用いられる。ガラスについては、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を用いる場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される透光性基板１は、その目的に応じて、受光面が凸状、あるいは凹状となるように湾曲していてもよい。

裏面保護材５としては、例えば、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、或いは、これらの２種以上を積層した樹脂が好適に用いられる。

封止材２および４は、基板（透光性基板１または裏面保護材５）と、後述する太陽電池マトリクス３との間に配置されている。封止材としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと略す）、ポリビニルブチラール（以下ＰＶＢと略す）などをＴダイおよび押し出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形した透明性が高い素材が用いられる。なお、非受光面に使用される封止材としては、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせて、これらの素材に酸化チタンや顔料等を含有させて白色等に着色させてもよい。

封止材２および４の少なくとも一部には、粘着部材６が通り抜けできるような導通部が形成されている。この導通部２１は、封止材が有する効果（例えば、封止性）を阻害しない範囲で設けられればよい。具体的には、導通部２１は、太陽電池マトリクスと重ならない領域に形成される。例えば、図１および図２に示すように、封止材は、一般に太陽電池マトリクスの外周より外側に張り出した領域を有しているが、この領域に導通部２１が形成されることが好ましい。

導通部２１は、粘着部材６に応じて、その形状、大きさ、および数が種々設定される。例えば、形状については、矩形状、円形状、楕円形状などが挙げられる。図３Ａ〜Ｄに、本発明に用いられる導通部を有する封止材の具体的態様を示す。図３Ａでは、矩形状の導通部２１が、太陽電池マトリクス３が積層された場合に形成される太陽電池マトリクス３のセルストリング３１の長手方向の側部の外方領域（特に、側端部領域）にそれぞれ２個ずつ、合計４個形成されている。図３Ｂでは、導通部２１が開閉可能な蓋部を有すること以外は、上記図３Ａの態様と同様の態様である。図３Ｃでは、対向する２個の長い矩形状の導通部２１が、太陽電池マトリクス３が積層された場合に形成される太陽電池マトリクス３のセルストリング３１の長手方向の側部に沿って形成されている。そして、図３Ｄでは、第１封止材２が本体部２ａと、４つの導通部充填部２ｂとから構成されており、粘着部材６を接続した後に、導通部充填部２ｂを接合する態様である。

太陽電池マトリクス３は、セルストリング３１、および平行に配列した複数の該セルストリング３１を電気的に直列接続する横配線３２から構成されている。セルストリング３１は、複数の太陽電池素子３１１をインナーリード３１２により直線状に接続してなる。

太陽電池素子３１１は、特に制限されず、例えば、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池、ＣｄＴｅ太陽電池、結晶シリコン基板上に薄膜アモルファスシリコンを形成した太陽電池などが用いられる。これらの中でも、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、結晶シリコン基板上に薄膜アモルファスシリコンを形成した太陽電池が好ましく用いられる。太陽マトリクス３を構成する太陽電池素子３１１の数についても特に制限されない。例えば、多結晶太陽電池素子を使用した場合は、出力が約１５０〜２００Ｗ程度になるよう設定される。

インナーリード３１２は、太陽電池素子３１１の発電電力を取り出す配線であり、例えば、幅１〜３ｍｍ程度、厚み０．１〜０．８ｍｍ程度のリボン状の銅箔を半田メッキや半田コートしたものが用いられる。

太陽電池セル３１１とインナーリード３１２との接続方法は、特に制限されない。任意の電圧・電流値が得られるように、太陽電池３１１をインナーリード３１２で電気的に直列または並列に接続する。セルストリング３１は、具体的には、図４に示すように、インナーリード３１２を太陽電池素子３１１のプラス電極およびマイナス電極のそれぞれに半田付けし、複数の太陽電池素子３１１を直線状に配列することによって得られる。

横配線３２は、この直線状に接続されたセルストリング３１ａ〜３１ｄを平行に配置し、これらの端部のインナーリード３１２を電気的に直列に接続する。例えば、インナーリード３１２を横配線３２に半田付けする。横配線は、通常、インナーリード３１２と同様の素材が電流容量を考慮して用いられる。

粘着部材６としては、例えば、耐熱・耐候性に優れるポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略す）樹脂にアクリル系粘着剤を付けた幅５〜８ｍｍ程度のテープ状のものが用いられる。

（太陽電池モジュール）
本発明の太陽電池モジュールは、上述のように、上記粘着部材が、前記封止材の少なくとも一部を通り抜けて、前記基板および前記太陽電池マトリクスの双方に接点を有することを特徴としている。このように、粘着部材によって太陽電池マトリクスが基板に固定されているために、製造工程において生じる太陽電池マトリクスの位置ずれが抑制され、外観に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。

粘着部材と基板との接点、あるいは粘着部材と太陽電池マトリクスとの接点については特に制限されない。セルストリング間の間隔のずれを抑制する観点から、基板との接点および太陽電池マトリクスとの接点を結ぶ直線が、セルストリングと交差するように、粘着部材を配置することが好ましい。例えば、図１では、太陽電池マトリクス３を構成するセルストリングにほぼ直行するように粘着部材６が配置されている。

粘着部材と太陽電池マトリクスとの接点については、例えば、外観上の観点から、太陽電池マトリクスを構成する両端のセルストリングの端部に設けられることが好ましい。

本発明においては、特に図１および図２に示すように、透光性基板１が、太陽電池マトリクス３の外周より張り出した領域を有する場合、透光性基板１におけるこの領域に、粘着部材６との接点を設け、他方、太陽電池マトリクス３側においては、両端に配置されるセルストリング３１１の端部に粘着部材６との接点を設けることが好ましい。このような構成は、セルストリング間の間隔の狭小化を効果的に抑制できる。

本発明の太陽電池モジュールは、さらに内包される太陽電池マトリクスの隣り合うセルストリング上に粘着部材が接触されていることが好ましい。このような構成は、セルストリング間の広がりを特に抑制できる点で好適である。

本発明の太陽電池モジュールは、特に基板が湾曲している場合においても、太陽電池マトリクスの位置ずれが少ない、外観に優れている。

（本発明の製造方法）
次いで、本発明の製造方法について、図２を参考にして説明する。まず、上記透光性基板１、上記第１封止材２、および上記太陽電池マトリクス３を積層する（第１積層工程）。透光性基板１および第１封止材２は、太陽電池マトリクス３を保護するために設けられているため、一般には、太陽電池マトリクス３に比べてひと回り大きいサイズである。すなわち、図２に示すように、透光性基板１および第１封止材２は、太陽電池マトリクス３の外周より張り出した領域を有している。そして第１封止材２のこの領域には、導通部２１が４個形成されている。なお、これらの導通部２１からは、底面の透光性基板１が露出している。

第１積層工程において、粘着部材６を、導通部２１を通り抜けて、透光性基板１および太陽電池マトリクス３の双方に接触させる。具体的には、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、粘着部材６の一方を太陽電池マトリクス３の両端に配列されるセルストリング３１の端部に貼り付け、他方を透光性基板１の導通部２１からの露出部分に貼り付ける。特に、太陽電池マトリクス３の側端部（横配線部）、あるいはこの側端部近傍に接続することが外観上の点から好ましい。

粘着部材６は、図５に示すように、太陽電池マトリクス３のセルストリング３１の長手方向のそれぞれの側部と、この側部外方に位置する透光性基板１の領域とを接続すればよいが、さらに、必要に応じて、太陽電池マトリクス３内の隣り合うセルストリング３１上に接触させてもよい。このような位置に粘着部材６を接触することによって、太陽電池マトリクス３のセルストリング間の位置ずれ、特にセルストリング間の広がりをも抑制することができる。この場合、接触させる粘着部材６は一体化していてもよく、分離していてもよい。図４に、太陽電池マトリクス３のセルストリング間のみに粘着部材６を分離して貼り付けた例を示す。

さらに、粘着部材６が導通部２１を通り抜けて接触された後、必要に応じて、導通部２１の開口部を第１封止材と同じ成分で充填して埋めておくことが、太陽電池マトリクスの封止性（耐湿性、強度など）の点から好ましい。具体的態様を図６および図７に示す。図６は、導通部２１を形成する際に得られた切欠片（導通部充填部２ｂ）を保存しておき、粘着部材６が接触された後に、導通部２１に導通部充填部２ｂを被せる態様である。図７は、図３Ｂに示す開閉可能な蓋部を有する第１封止材を用いた態様であり、粘着部材６が接続された後に、蓋部を閉めて導通部２１を埋める態様である。

次いで、得られる第１積層体上に、裏面側の第２封止材４と裏面保護材５を積層し（第２積層工程）、この積層状態でラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、受光面側の第１封止材２と裏面側の第２封止材４が軟化、融着して他の部材と一体化する。従来、このラミネート工程の加熱初期段階において生じる第１封止材２および第２封止材４の加熱収縮は、太陽電池マトリクス３の位置ずれを引き起こす原因となっていた。本発明においては、太陽電池マトリクスの側部の両端がそれぞれ、透光性基板１に接続固定されているので、ラミネート工程の温度設定や環境条件、装置の状態に起因するセル太陽電池ストリングの位置ずれを抑制することができる。

このようにして、図１に示すような、太陽電池マトリクス３および透光性基板１の双方に接点を有する粘着部材６を備える太陽電池モジュールが得られる。得られる太陽電池モジュールは、その後、必要に応じて、これらの外周にフレームなどを設けてもよい。フレームは、金属製であっても、樹脂製（いわゆるフレームレスモジュール）であってもよい。フレームは、金属製であっても、樹脂製（いわゆるフレームレスモジュール）であってもよい。本発明の方法により得られる太陽電池モジュールは、上述のとおり、太陽電池マトリクス３の位置ずれが少ない美観などの外観に優れている。

本発明の製造方法は、特に湾曲した透光性基板１を用いた太陽電池モジュールを製造する際に特に有効である。このような透光性基板を用いる場合、太陽電池マトリクス３が、斜面に沿ってずり落ちるなど安定して載置することが難しかった。本発明の製造方法によれば、太陽電池マトリクスの側部のそれぞれを透光性基板に接続して固定しているため、ラミネート工程前においても太陽電池マトリクスの位置ずれが少ない。したがって、湾曲形状などの複雑な形状の太陽電池モジュールの製造に特に好適である。

本発明の太陽電池モジュールの一例を示す図面であり、図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。 図１に示す太陽電池モジュールを分解した態様を示す斜視図である。 本発明に用いられる第１封止材の態様を示す平面図である。 本発明に用いられる第１封止材の態様を示す平面図である。 本発明に用いられる第１封止材の態様を示す平面図である。 本発明に用いられる第１封止材の態様を示す平面図である。 本発明に用いられる太陽電池マトリクスの態様を示す平面図である。 本発明の第１積層工程の一例を示す図面であり、図５（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。 本発明の第１積層工程の一例を示す斜視図である。 本発明の第１積層工程の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１：透光性基板（第１の基板）
２：第１封止材
２ａ：本体部
２ｂ：導通部充填部
３：太陽電池マトリクス
４：第２封止材
５：裏面保護材（第２の基板）
６：粘着部材
２１：導通部
３１：セルストリング
３２：横配線
３１１：太陽電池素子
３１２：インナーリード

Claims (7)

1. 基板と、
   太陽電池マトリクスと、
   前記基板および前記太陽電池マトリクス間に配置される封止材と、
   前記封止材の少なくとも一部を通り抜けて、前記基板および前記太陽電池マトリクスの双方に接点を有する粘着部材と
   を備える、太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池マトリクスは、直線状に配列する複数の太陽電池素子をインナーリードにより接続してなる複数のセルストリングを平行に配列してなり、
   前記基板と前記粘着部材との接点、および前記太陽電池マトリクスと前記粘着部材との接点の間を結ぶ直線が、前記セルストリングの長手方向と交差する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記基板は、前記太陽電池マトリクスの外周より張り出した領域を有し、前記領域に、前記粘着部材との接点を有する、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池マトリクスと前記粘着部材との接点が、両端に配列されるセルストリングの端部である、請求項１から３のいずれかの項に記載の太陽電池モジュール。
5. さらに、前記太陽電池マトリクスの隣り合うセルストリング上に、前記粘着部材が接触されている、請求項１から４のいずれかの項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記基板が、湾曲している、請求項１から５のいずれかの項に記載の太陽電池モジュール。
7. 第１の基板と、第１封止材と、セルストリングを平行に配列してなる太陽電池マトリクスとを積層する工程において、粘着部材を、第１封止材の少なくとも一部を通り抜けて、前記基板および前記太陽電池マトリクスの双方に接触させる工程、および
   得られる第１積層体に、さらに第２封止材および第２の基板を積層する工程
   を包含する、太陽電池モジュールの製造方法。

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