JP2011009260A - 太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的に製造することができる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】 太陽電池モジュールＭにおける封止材層１は、上層封止材層１１と下層封止材層１２とを備えている。上層封止材層１１には、太陽電池セル２が封止されており、下層封止材層１２の裏面には、光入射面から入射した光を反射するバックリフレクタ４が設けられている。また、封止材層１における上層封止材層１１および下層封止材層１２は、いずれも紫外線硬化樹脂によって構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法に係り、特に、裏面に集光素子を備えた集光型である太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法に関する。

太陽電池モジュールとして、二枚の透光部材の間に太陽電池セルを含む封止材層を配置した構造のものが知られている。このような太陽電池モジュールとして、従来、太陽電池セルが封止された封止材層を備え、封止材層に設けられた光入射面の反対側に、光入射面から入射した光を反射する集光素子が設けられた太陽電池モジュールが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この太陽電池モジュールは、太陽電池セルの表面から直射光が入射し、反射シートに反射光が太陽電池セルの裏面から入射するというものである。また、太陽電池モジュールにおける太陽電池セルは、光を透過する封止接着剤用合成樹脂によって互いに接着されている。

特開２０００−９１６１４号公報

ところで、上記特許文献１に記載された太陽電池モジュールにおける封止接着剤用合成樹脂としては、従来、たとえば熱可塑性樹脂が主に用いられていた。そして、太陽電池モジュールを製造する際には、熱可塑化前の熱可塑性樹脂に太陽電池セルを配置するとともに、熱可塑性樹脂の裏面に反射シートを配置し、たとえば真空ダイヤフラム式ラミネータ機によって熱可塑性樹脂を熱可塑化して太陽電池モジュールを製造していた。

ところが、熱可塑性樹脂を熱可塑化して太陽電池モジュールを製造する場合、熱可塑化した後の太陽電池モジュールを冷却するなどの工程が必要となる。このため、太陽電池モジュールを製造する際におけるタクトタイムが長くなり、太陽電池モジュールの製造効率が低くなるという問題があった。

そこで、本発明の課題は、効率的に製造することができる太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セルが封止された封止材層を備え、封止材層における光入射面の反対側に、光入射面から入射した光を反射する集光素子が設けられ、集光素子における太陽電池セル側の形状が、光入射面から入射した光が太陽電池セルに到達する形状とされている太陽電池モジュールであって、封止材層が、紫外線硬化樹脂によって形成されていることを特徴とする。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、封止材層が、紫外線硬化樹脂によって形成されている。紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射することによって硬化し、後に冷却工程を要することなどがない。このため、タクトタイムを短くすることができるので、太陽電池モジュールを効率的に製造することができる。

ここで、封止材層は、太陽電池セルが封入された第１封止材層と、集光素子が設けられた第２封止材層とを備える態様とすることができる。

このように、封止材層が、太陽電池セルが封入された第１封止材層と、集光素子が設けられた第２封止材層とを備えることにより、第１封止材層および第２封止材層のそれぞれに適した紫外線硬化樹脂を用いることができる。

また、第１封止材層を形成する第１紫外線硬化樹脂のヤング率が、第２封止材層を形成する第２紫外線硬化樹脂のヤング率よりも低くされている態様とすることができる。

このように、第１封止材層を形成する第１紫外線硬化樹脂のヤング率が低くされていることにより、太陽電池セルや太陽電池セル同士を接続するセルストリングスにかかるせん断応力を低くすることができる。このため、第１封止材層による太陽電池セルの割れやセルストリングスの断線などの不具合を防止することができる。

一方、第２封止材層のヤング率が高くされていることにより、封止材層の裏面に反射部材を固定する際に、封止材層と反射部材とを良好に固定することができる。また、封止材層の裏面および反射部材は、光入射面から入射した光が太陽電池セルに到達する形状としてたとえば凹凸形状に形成される。このときに、下層封止材層のヤング率が高くされていることにより、熱ひずみや耐衝撃性を高くすることができる。

他方、上記課題を解決した本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルが封止された封止材層を備え、封止材層に設けられた光入射面の反対側に、光入射面から入射した光を反射する集光素子が設けられ、集光素子における太陽電池セル側の形状が、光入射面から入射した光が太陽電池セルに到達する形状とされている太陽電池モジュールの製造方法であって、集光素子の表面に、太陽電池セルが封入された硬化前紫外線硬化樹脂層を形成し、硬化前紫外線硬化樹脂層を硬化させることにより、封止材層を形成することを特徴とする。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法では、紫外線硬化樹脂を硬化することによって太陽電池モジュールの封止材層を形成する。このため、熱可塑性樹脂を用いる場合などのように後に冷却工程を要することなどがない。したがって、タクトタイムを短くすることができるので、太陽電池モジュールを効率的に製造することができる。

このとき、封止材層は、第１紫外線硬化樹脂からなり、太陽電池セルが封入された第１封止材層と、第１紫外線硬化樹脂からなり、集光素子が設けられた第２封止材層とを備えており、集光素子の表面に、硬化前第２封止材層を形成し、硬化前第２封止材層を硬化させ、続いて、第２封止材層の表面に、太陽電池セルが封入された硬化前第１封止材層を形成し、硬化前第１封止材層を硬化させる態様とすることができる。

このように、硬化前第２紫外線硬化樹脂を硬化させて第２封止材層を形成し、その後に硬化前第１紫外線硬化樹脂を硬化させて第１封止材層を形成することにより、各紫外線硬化樹脂に対して好適となる条件で紫外線硬化を行うことができる。したがって、書く紫外線硬化樹脂を好適に硬化させることができる。

また、第１封止材層を形成する第１紫外線硬化樹脂のヤング率が、第２封止材層を形成する第２紫外線硬化樹脂のヤング率よりも、高くされている態様とすることができる。さらには、光入射面から入射した光が太陽電池セルに到達する形状として、成型治具にセットされた集光素子の表面に硬化前封止材層を成形する態様とすることができる。

本発明に係る太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池を効率的に製造することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの側断面図である。 太陽電池モジュールの要部拡大側断面図である。 （ａ）（ｂ）とも、バックリフレクタの階層構造を示す要部拡大斜視図である。 太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。 図４に続く太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。 （ａ）は、本実施形態の太陽電池モジュールの光の反射を説明する説明図、（ｂ）は、比較例に係る太陽電池モジュールの光の反射を説明する説明図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る太陽電池モジュールの好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、実際のものと異なることがある。

図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの側断面図、図２は、太陽電池モジュールの要部拡大側断面図である。図１では、太陽電池モジュールを製造している際の図を示している。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュールＭは、ＣＧＡモジュール（集光モジュール）であり、封止材層１を備えている。封止材層１は、第１封止材層である上層封止材層１１および第２封止材層である下層封止材層１２を有しており、上層封止材層１１は、下層封止材層１２の上に積層されている。

また、上層封止材層１１には、複数の太陽電池セル２が封入されている。太陽電池セル２は、その受光面が封止材層１の表面に平行となるように配置される。これらの複数の太陽電池セル２は、セルストリングス３によって電気的に直列に接続されている。また、複数の太陽電池セル２は、封止材層１の表面に沿う方向に互いに離間して配置される。また、セルストリングス３も上層封止材層１１に封入されている。

また、封止材層１の表面は、光が入射する光入射面とされており、封止材層１の裏面は、光反射面とされている。このうち、光入射面は平面状とされており、反射面は凹凸形状とされている。この反射面は、太陽電池セル２と平行でない部分が存在し、光入射面から入射した光が反射して太陽電池セル２に到達する形状とされている。

上層封止材層１１および下層封止材層１２は、いずれも紫外線硬化樹脂で構成されている。また、これら上層封止材層１１および下層封止材層１２は、いずれも太陽光等の光を透過する透明性を有するアクリル系硬化樹脂によって構成されている。

このうち、上層封止材層１１を構成する紫外線硬化樹脂は、低ヤング率（低剛性）、具体的にはヤング率が１０ＭＰａ以下の紫外線硬化樹脂によって構成されている。また、下層封止材層１２を構成する紫外線硬化樹脂は、高ヤング率（高剛性）、具体的にはヤング率が５０ＭＰａ以上の紫外線硬化樹脂によって構成されている。このように、また、上層封止材層を形成する上層紫外線硬化樹脂のヤング率が、下層封止材層を形成する下層紫外線硬化樹脂のヤング率よりも、低くされている。なお、剛性Ｇ（ＭＰａ）とヤング率Ｅ（ＭＰａ）とは、下記（１）式の関係を有している。

Ｇ＝Ｅ／２（１＋σ） ・・・（１）
ただし、σ：ポアソン比

さらに、封止材層１の裏面には、集光素子であるバックリフレクタ４が設けられている。バックリフレクタ４としては、たとえば、図３（ａ）に示すように、金属や樹脂基板に高反射部材が蒸着された反射板を用いることができる。図３（ａ）に示すバックリフレクタ４Ａは、８つの層によって構成されている。そのうち、封止材層１にもっとも近い位置に配置される層がＥＶＡフィルム層４１である。ＥＶＡフィルム層４１の下層としてアクリル系接着層４２が形成され、その下層にＰＥＴ層４３が形成されている。このＰＥＴ層４３には、紫外線吸収剤が含有されている。

また、ＰＥＴ層４３の下層にはＡＣ層４４が形成され、その下層にはＡｇ蒸着層４５が形成されている。Ａｇ蒸着層４５の下層にはＴＯＰコート層４６が形成され、その下層に接着層４７が形成されている。そして、接着層４７の下層にＳＵＳ基板層４８が形成されている。ＳＵＳ基板層４８は、たとえばＳＵＳ４３０のステンレス鋼板で形成されている。あるいは、ＳＵＳ基板層４８に代えて、ＰＥＴ基板層を形成することもできる。

また、バックリフレクタ４として、図３（ｂ）に示すアルミ基板を用いたバックリフレクタ４Ｂを用いることもできる。図３（ｂ）に示すバックリフレクタ４Ｂは、３つの層によって構成されている。そのうち、封止材層１にもっとも近い位置に配置される層がＥＶＡフィルム層４１である。ＥＶＡフィルム層４１の下層としてアクリル系接着層４２が形成され、その下層にアルミ基板層４９が形成されている。アルミ基板層４９は、その両面がアルマイト処理されている。

さらに、上層封止材層１１の上層には、保護層としてのガラス材層５が形成されている。ガラス材層５は、封止材層１の表面を保護している。保護層としては、封止材層１を保護するとともに、太陽光および紫外線を透過する透明の部材が用いられる。このため、ガラス材のほか、透明樹脂なども好適に用いることができる。

太陽電池モジュールＭを製造する際には、モジュール成型用治具Ｊおよび紫外線光源Ｆが用いられる。モジュール成型用治具Ｊは、太陽電池モジュールを成型するための型を備えており、モジュール成型用治具Ｊにおける型の底面は、太陽電池モジュールの反射面に形成する凹凸形状を付与するための凹凸形状とされている。

さらに、モジュール成型用治具Ｊの上方に紫外線光源Ｆが配置されており、モジュール成型用治具Ｊにおける型の内側に収容される硬化前の封止部材母材等に紫外線を照射する。紫外線光源Ｆとしては、たとえばメタルハライトランプや高圧水銀灯ランプを用いることができる。

この太陽電池モジュールＭは、アクリル系不飽和結合のラジカル重合反応による硬化を伴う成型方法によって成形される。ここでのラジカル重合反応を下記の化学式に示す。

また、ラジカル重合反応に用いられるラジカル硬化型アクリレートとしては、たとえば下記の化学式で示されるものを例示することができる。

ここで、紫外線硬化による成型方法とは、２００〜４００ｎｍの波長を持つ紫外線をプレポリマー（紫外線硬化樹脂の主成分）・モノマー（樹脂の粘性調整をする反応希釈剤）・光重合開始剤（紫外線を照射する光重合反応を開始する化合物）・添加剤（充填剤、着色剤、チクソ剤）からなる紫外線硬化樹脂に照射し、短時間（数秒〜数１０秒）で硬化させる成型方法である。また、本実施形態において紫外線硬化を行う際の光開始剤としては、ベンゾイルアルキルエーテル、ベンゾフェノン、アセトフェノンなどを用いることができる。

次に、本実施形態に係る太陽電池モジュールＭの製造方法について説明する。図４は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。太陽電池モジュールを製造する際には、まず、図４（ａ）に示すように、モジュール成型用治具Ｊにおける型の底面にバックリフレクタ４を配置する。このとき、バックリフレクタ４は、モジュール成型用治具Ｊにおける型の底面に沿った凹凸形状とされている。

次に、図４（ｂ）に示すように、バックリフレクタ４の上層に下層紫外線硬化樹脂層１２Ａをキャストする。この状態で、図４（ｃ）に示すように、モジュール成型用治具Ｊの上方に紫外線光源Ｆを配置し、モジュール成型用治具Ｊにキャストされた下層紫外線硬化樹脂層１２Ａに紫外線を照射する。紫外線を照射する際の紫外線照射強度は、たとえば３０００〜１００００ｍＪ／ｃｍ^２とする。また、モジュール成型用治具Ｊ内の温度は常温とする。下層紫外線硬化樹脂層１２Ａは、紫外線を照射されることによって硬化して下層封止材層１２となる。下層紫外線硬化樹脂層１２Ａの硬化に伴い、下層封止材層１２にバックリフレクタ４が固定される。

下層封止材層１２を形成したら、図５（ａ）に示すように、下層封止材層１２の上に上層紫外線硬化樹脂層１１Ａをキャストする。ここで、上層紫外線硬化樹脂層１１Ａの内側には、複数の太陽電池セル２を配置する。また、複数の太陽電池セル２は、それぞれセルストリングス３で接続される。さらに、上層紫外線硬化樹脂層１１Ａの上方にガラス材層５を形成する。

その後、図５（ｂ）に示すように、モジュール成型用治具Ｊの上方に紫外線光源Ｆを配置し、紫外線光源Ｆからモジュール成型用治具Ｊにキャストされた上層紫外線硬化樹脂層１１Ａに紫外線を照射する。このように、上層紫外線硬化樹脂層１１Ａに紫外線を照射することにより、上層紫外線硬化樹脂層１１Ａにおける紫外線硬化樹脂が硬化して上層封止材層１１となる。

ここで、紫外線光源Ｆによってモジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線を照射すると、太陽電池セル２が紫外線を遮り、太陽電池セル２の裏側における紫外線硬化樹脂に紫外線が届かないこととなる。このとき、図６（ｂ）に示すように、封止材層１の下面が平面である場合、紫外線Ｌが封止材層１の反射面に設けられたバックリフレクタ４に反射したとしても、太陽電池セル２の裏側における紫外線硬化樹脂には届かない。したがって、モジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線光源Ｆによって紫外線を照射したとしても、紫外線硬化樹脂を全体的に硬化させることが難しくなる。

この点、本実施形態では、封止材層１の反射面および反射面に設けられたバックリフレクタ４は、光入射面から入射した光が反射して太陽電池セル２に到達する凹凸形状とされている。このため、図６（ａ）に示すように、モジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線光源Ｆによって紫外線を照射した際に、バックリフレクタ４に反射した紫外線Ｌが太陽電池セル２の裏側における紫外線硬化樹脂に到達する。したがって、モジュール成型用治具Ｊの上方から紫外線光源Ｆによって紫外線を照射しただけで、上層紫外線硬化樹脂層１１Ａを好適に硬化させることができる。

こうして、上層紫外線硬化樹脂層１１Ａを硬化させることにより、上層封止材層１１が形成される。ここで、上層紫外線硬化樹脂層１１Ａを硬化させる際に、上層封止材層１１に対して下層封止材層１２およびガラス材層５が固定される。上記の工程を経ることにより、ガラス材層５、上層封止材層１１、下層封止材層１２、およびバックリフレクタ４が一体化される。

上層紫外線硬化樹脂層１１Ａが硬化することによって上層封止材層１１が形成されたら、太陽電池モジュールＭが出来上がる。その後、モジュール成型用治具Ｊから太陽電池モジュールＭを取り出す。こうして、図５（ｃ）に示すように、太陽電池モジュールＭが完成する。

このように、本実施形態に係る太陽電池モジュールＭは、封止材層１を構成する材料として紫外線硬化樹脂が用いられている。紫外線硬化樹脂は、硬化する際に冷却工程を必要としない。このため、紫外線硬化樹脂を用いることにより、封止材層１を形成する時間を短くすることができ、太陽電池モジュールＭを製造する際のタクトタイムを短くすることができる。したがって、太陽電池モジュールを効率的に製造することができる。

さらに、紫外線硬化樹脂を硬化させる際には、たとえば常温常圧下で紫外線硬化樹脂に紫外線を照射すればよく、熱可塑性樹脂のように真空下に晒す必要がない。このため、紫外線照射を行うためのラインを製造して連続的に紫外線硬化を行うことができるので、効率的な製造とともに、量産にも適した製造方法となる。

しかも、紫外線硬化樹脂は常温付近の温度で硬化するので、紫外線硬化樹脂を硬化させるために高温下に晒す必要がない。このため、太陽電池セル２やバックリフレクタ４に対する熱ダメージを与えないようにすることができる。したがって、その分、高品質の太陽電池モジュールを製造することができる。

さらには、紫外線硬化樹脂を硬化させる際には、紫外線を照射するのみである。このため、たとえば熱可塑性樹脂を硬化させる場合のように、有毒ガスや二酸化炭素の排出をなくし、あるいは非常に少なくすることができる。したがって、太陽電池モジュールを製造するにあたり、環境保全に優れたものとすることができる。

また、本実施形態に係る太陽電池モジュールＭでは、封止材層１が上層封止材層１１と下層封止材層１２によって形成されている。このうち、上層封止材層１１を構成する紫外線硬化樹脂は、ヤング率が低くされている。このため、上層封止材層１１による太陽電池セル２の割れやセルストリングス３の断線などの不具合を防止することができる。さらに、下層封止材層１２を構成する紫外線硬化樹脂は、ヤング率が高くされている。このため、封止材層１の裏面にバックリフレクタ４を固定する際に、封止材層１とバックリフレクタ４とを良好に固定することができる。また、封止材層１の裏面およびバックリフレクタ４は、凹凸形状に形成される。このときに、下層封止材層１２のヤング率が高くされていることにより、熱ひずみや耐衝撃性を高くすることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、集光部材の形状である「光入射面から入射した光が太陽電池セルに到達する形状」を凹凸形状としているが、他の形状とすることもできる。たとえば、波型とすることもできるし、光入射面に対して傾斜する斜面となる形状とすることもできる。

さらには、たとえばパラボラ形状やパラボラ形状に近い形状とすることもできる。また、上記実施形態では、バックリフレクタ４は、全体的に略均一の厚さとされ、全体的な形状が凹凸形状とされているが、封止材層１側の形状のみが「光入射面から入射した光が太陽電池セルに到達する形状」とされている態様とすることもできる。

また、上記実施形態では、集光部材としてバックリフレクタ４を用いており、下層封止材層１２を硬化させる際に下層封止材層１２にバックリフレクタ４を固定する態様としているが、他の態様で集光部材を設けることもできる。たとえば、集光部材を形成することなく紫外線硬化樹脂を硬化させて封止材層１を形成し、その裏面に集光部材を蒸着させるなどの方法によって製造することもできる。

この場合、紫外線をモジュール成型用治具の上方から照射して上層封止材層を硬化させるときに、太陽電池セル２の裏側の紫外線硬化樹脂に紫外線が到達しないことが考えられる。そこで、この場合には、モジュール成型用治具の裏面に反射部材を設けておくことができる。モジュール成型用治具の裏面に反射部材を設けておくことにより、太陽電池セル２の裏側の紫外線硬化樹脂に対しても紫外線を到達させることができる。

また、封止材層１を形成した後に集光部材を封止材層１の裏面に設ける場合、モジュール成型用治具として光透過性を有する透明の治具を用いることにより、封止材層１の上下方向から紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることができる。この場合、モジュール成型用治具の上方のみから紫外線を照射する場合と比較して、より効率的に態様電離モジュールを製造することができる。

１…封止材層、２…太陽電池セル、３…セルストリングス、４，４Ａ，４Ｂ…バックリフレクタ、５…ガラス材層、１１…上層封止材層、１１Ａ…上層紫外線硬化樹脂層、１２…下層封止材層、１２Ａ…下層紫外線硬化樹脂層、Ｆ…紫外線光源、Ｊ…モジュール成型用治具、Ｌ…紫外線、Ｍ…太陽電池モジュール。

Claims (7)

1. 太陽電池セルが封止された封止材層を備え、前記封止材層における光入射面の反対側に、前記光入射面から入射した光を反射する集光素子が設けられ、前記集光素子における前記太陽電池セル側の形状が、前記光入射面から入射した光が反射して前記太陽電池セルに到達する形状とされている太陽電池モジュールであって、
   前記封止材層が、紫外線硬化樹脂によって形成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記封止材層は、前記太陽電池セルが封入された第１封止材層と、前記集光素子が設けられた第２封止材層とを備える請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第１封止材層を形成する第１紫外線硬化樹脂のヤング率が、前記第２封止材層を形成する第２紫外線硬化樹脂のヤング率よりも、小さくされている請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 太陽電池セルが封止された封止材層を備え、前記封止材層に設けられた光入射面の反対側に、前記光入射面から入射した光を反射する集光素子が設けられ、前記集光素子における前記太陽電池セル側の形状が、前記光入射面から入射した光が前記太陽電池セルに到達する形状とされている太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記集光素子の表面に、太陽電池セルが封入された硬化前紫外線硬化樹脂層を形成し、
   前記硬化前紫外線硬化樹脂層を硬化させることにより、前記封止材層を形成することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
5. 前記封止材層は、第１紫外線硬化樹脂からなり、前記太陽電池セルが封入された第１封止材層と、第１紫外線硬化樹脂からなり、前記集光素子が設けられた第２封止材層とを備えており、
   前記集光素子の表面に、硬化前第２封止材層を形成し、前記硬化前第２封止材層を硬化させ、
   続いて、前記第２封止材層の表面に、前記太陽電池セルが封入された硬化前第１封止材層を形成し、前記硬化前第１封止材層を硬化させる請求項４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記第１封止材層を形成する第１紫外線硬化樹脂のヤング率が、前記第２封止材層を形成する第２紫外線硬化樹脂のヤング率よりも、小さくされている請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記光入射面から入射した光が前記太陽電池セルに到達する形状として、成型治具にセットされた前記集光素子の表面に硬化前封止材層を成形する請求項４〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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