JP2012038777A

JP2012038777A - 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

Info

Publication number: JP2012038777A
Application number: JP2010174718A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ishigaki; 辰也石垣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】太陽電池モジュールのバックシートにて浅い角度で乱反射された光を発電に寄与させること。
【解決手段】太陽電池セル３の裏面電極として、ＪＩＳＺ８７４１における測定方法で表面の光沢度が１００を超えているかあるいは拡散反射率を９０％以上の光反射性裏面電極１２を用い、バックシート８にて浅い角度で反射された反射光を光反射性裏面電極１２で再反射されることでバックシート８に戻し、透光性基板１で再反射させることで太陽電池セル３の受光面に入射させる。
【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関し、特に、太陽電池セル間の隙間に入射した入射光を発電に寄与させることで発電効率を向上させる方法に関する。

多結晶シリコンから構成された太陽電池セルの厚さは通常０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲に設定され、物理的衝撃に弱い。このような太陽電池セルへの物理的衝撃を緩和するため、太陽電池セル上下に封止材が充填された積層構造が採用されている。

例えば、太陽電池セルの受光面側には０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の受光面封止材が充填され、太陽電池セルの裏面側には０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ厚の裏面封止材が充填されている。また、受光面封止材の上部には透光性基板が設けられ、裏面封止材の下部には絶縁を保つためにバックシートが設けられている。

また、１個の太陽電池セルだけでは実用的な出力が得られないため、複数の太陽電池セルを直並列接続することで実用的な出力が取り出せるように構成されている。この時の太陽電池セル間の隙間は通常２ｍｍ〜４ｍｍに設定されている。

そして、太陽電池セル間の隙間に入射した入射光は、バックシートで反射させ、さらに透光性基板にて再反射させることで、太陽電池セルの表面に入射させ、発電に寄与させることができる。

ここで、バックシートと太陽電池セルの受光面側の高さ方向距離は裏面封止材と太陽電池セルの合計の厚さとなるので、０．５６ｍｍ〜１．１６ｍｍとなる。このため、バックシートで反射される光のうち浅い角度で乱反射する光は、太陽電池セルの裏面や側面に入射し、太陽電池セルの表面に入射しないため、発電に寄与しない。

また、太陽電池セルの裏面側は、発電効率を大きくするため、全面がアルミニウムで覆われている。このため、太陽電池セルの裏面側に光が当たっても、光が太陽電池セル内部に入り込めないため、発電には寄与しない。

また、太陽電池セルの側面は受光面のように反射防止構造が採用され、太陽電池セルの側面に光が当たっても、太陽電池セルに取り込むことのできる量が少ないため、太陽電池セルの発電にはあまり寄与しない。

一方、太陽電池セル間の隙間に入射した光を有効に利用するため、太陽電池セルの裏面封止材に光反射性粒子を含ませ、裏面封止材にて光を反射させる方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００５−１０１３８１号公報

しかしながら、裏面封止材に光反射性粒子を含ませる方法では、裏面封止材と受光面封止材が圧着時に混ざり合い、光反射性粒子が太陽電池セル受光面側に回り込むと、出力低下を招くという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バックシートにて浅い角度で乱反射された光を発電に寄与させることが可能な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得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、所定の間隔を隔てて配置された複数の太陽電池セルと、前記太陽電池セルの裏面側に配置されたバックシートと、前記太陽電池セルの受光面側に配置された透光性基板と、前記太陽電池セルの受光面と前記透光性基板との間に設けられた受光面封止材と、前記太陽電池セルの裏面と前記バックシートとの間に設けられた裏面封止材と、前記太陽電池セルの裏面と前記裏面封止材との間に設けられ、前記バックシートにて反射された光を再反射する光反射板とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、バックシートにて浅い角度で乱反射された光を発電に寄与させることが可能という効果を奏する。

図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの実施の形態１の概略構成を示す断面図である。図２は、図１の太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。図３は、図１の太陽電池モジュールの入射光の反射経路を示す断面図である。図４は、本発明に係る太陽電池モジュールの実施の形態２の概略構成を示す断面図である。

以下に、本発明に係る太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの実施の形態１の概略構成を示す断面図、図２は、図１の太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。図１および図２において、太陽電池モジュールには、複数の太陽電池セル３が設けられ、所定の間隔を隔てて同一平面上に配置されている。

これらの太陽電池セル３の裏面側にはバックシート８が配置され、これらの太陽電池セル３の受光面側には透光性基板１が配置されている。また、これらの太陽電池セル３の受光面と透光性基板１との間には受光面封止材２が設けられ、これらの太陽電池セル３の裏面とバックシート８との間には裏面封止材７が設けられている。

透光性基板１は、例えば、ガラス材やポリカーボネート樹脂などの合成樹脂材を用いることができる。ガラス材としては、白板ガラス、強化ガラス、熱線反射ガラスなどを用いることができ、厚さ３ｍｍ〜４ｍｍ程度の白板強化ガラスを用いるようにしてもよい。一方、ポリカーボネート樹脂については、例えば、厚みを５ｍｍ程度に設定することができる。

受光面封止材２には、透光性、耐熱性、電気絶縁性および柔軟性を有する素材を用いることができ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適である。受光面封止材２の形態としては、厚さが０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状またはフィルム状のものを用いることができる。

太陽電池セル３は、厚み０．１６ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などを用いることができる。また、太陽電池セル３内部には、光電変換を行うＰＮ接合を形成することができ、その受光面には表面電極５が形成され、裏面には光反射性裏面電極１２が形成されている。また、太陽電池セル３の受光面には反射防止膜を設けるようにしてもよい。太陽電池セル３の大きさは、例えば、多結晶シリコン太陽電池において１５０ｍｍ〜１５６ｍｍ角程度に設定することができる。

タブ銅線４は、例えば、厚み０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度の半田めっきを施した銅線を用いることができる。タブ銅線４は、半田付けにより太陽電池セル３に接合され、互いに隣接する太陽電池セル３のうちの一方の太陽電池セル３の表面電極５と他方の太陽電池セル３の光反射性裏面電極１２とを電気的に接続することができる。

表面電極５は、導電性がある(抵抗値の小さい)銀またはアルミペーストが好適である。銅またはアルミニウムなどの金属を用いるようにしてもよい。

裏面封止材７には、透光性、耐熱性、電気絶縁性および柔軟性を有する素材を用いることができ、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする熱可塑性の合成樹脂材が好適である。裏面封止材７の形態としては、厚さが０．４ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のシート状またはフィルム状のものを用いることができる。

なお、受光面封止材２と裏面封止材７は、気圧０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度の減圧下におけるラミネート工程で熱架橋させ、透光性基板１、太陽電池セル３およびバックシート８と融着することで一体化させることができる。

バックシート８は、透湿性、耐候性、耐加水分解性および絶縁性に優れた素材を用いることができ、フッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートなどを用いることができる。

光反射性裏面電極１２は、ＪＩＳＺ８７４１における測定方法で表面の光沢度が１００を超えているものを用いることができる。あるいは、光反射性裏面電極１２は、拡散反射率が９０％以上の白色のものを用いるようにしてもよい。例えば、光反射性裏面電極１２の拡散反射率を９０％以上とするために、導電性がある銀またはアルミペーストに、炭酸マグネシウム（拡散反射率９８％）または硫酸バリウム（拡散反射率９３％）を含有させることができる。

図３は、図１の太陽電池モジュールの入射光の反射経路を示す断面図である。図３において、透光性基板１を透過した光のうち、太陽電池セル３間の隙間に入射した入射光Ｌ１は、バックシート８にて反射される。この時、バックシート８にて深い角度で反射された反射光Ｌ２は透光性基板１に当たり、透光性基板１で再反射されることで太陽電池セル３の受光面に入射し、太陽電池セル３の発電に寄与する。

また、バックシート８にて浅い角度で反射された反射光Ｌ３は光反射性裏面電極１２に当たり、光反射性裏面電極１２で再反射されることでバックシート８に戻され、光反射性裏面電極１２とバックシート８との間で反射を繰り返すことで、太陽電池セル３間の隙間に到達し、透光性基板１に当たる。そして、透光性基板１で再反射されることで太陽電池セル３の受光面に入射し、太陽電池セル３の発電に寄与する。

これにより、太陽電池セル３間の隙間に入射した入射光Ｌ１がバックシート８にて浅い角度で乱反射された場合においても、透光性基板１に戻すことが可能となり、太陽電池セル３の受光面に入射させることが可能となる。このため、太陽電池セル３間の隙間に入射した入射光Ｌ１を有効に利用することが可能となり、発電効率を向上させることができる。

次に、この実施の形態１の製造方法の一例を述べる。

矩形状の透光性基板１を一番下にして、その上にエチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）から成る矩形状の受光面封止材２を配する。

次に、複数の太陽電池セル３をタブ銅線４により電気的に配線することで太陽電池アレイを構成し、その太陽電池アレイを受光面封止材２上に配する。この時、太陽電池セル３の受光面側は透光性基板１側に向けて配置する。

この太陽電池セル３の受光面には表面電極５が印刷され、太陽電池セル３の裏面には、光反射性裏面電極１２が印刷されている。

次に、太陽電池アレイの上にＥＶＡ樹脂から成る矩形状の裏面封止材７を配する。次に、裏面封止材７上にバックシート８を配する。

次に、上記の各部材の積層体をラミネータにより真空状態で１００℃〜２００℃の温度で１５分から１時間程度加熱しながら、０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度で加圧する。これによって、受光面封止材２および裏面封止材７が軟化し架橋融着するため、透光性基板１、太陽電池セル３およびバックシート８が融着することで一体化し、太陽電池モジュールのパネル部を作製することができる。

次に、太陽電池パネルの外周各辺にフレーム枠(アルミニウムやＳＵＳなどの金属材、合成樹脂材などで作製されている)を嵌め込み、各コーナーを固定することで太陽電池モジュールが作製される。

なお、上述した実施の形態１では、太陽電池セル３の裏面電極自体として光反射性裏面電極１２を用いる方法について説明したが、表面の光沢度が１００を超えている導電性光反射膜を裏面電極の表面に形成するようにしてもよいし、拡散反射率が９０％以上の導電性光反射膜を裏面電極の表面に形成するようにしてもよい。

実施の形態２．
図４は、本発明に係る太陽電池モジュールの実施の形態２の概略構成を示す断面図である。図４において、太陽電池モジュールには、複数の太陽電池セル３が設けられ、所定の間隔を隔てて同一平面上に配置されている。

太陽電池セル３の受光面には表面電極５が形成され、裏面には裏面電極６が形成されている。裏面電極６は、導電性がある(抵抗値の小さい)銀またはアルミペーストが好適である。銅またはアルミニウムなどの金属を用いるようにしてもよい。

さらに、裏面電極６と裏面封止材７との間には光反射板１３が設けられている。この光反射板１３は裏面電極６に接するように配置することができる。また、太陽電池セル３にかかる上下からの加重による撓みを抑制するために、光反射板１３は裏面封止材７よりも硬度が高い材料を用いることができる。光反射板１３の形態としては、シート状またはフィルム状のものを用いることができる。

また、光反射板１３は、ＪＩＳＺ８７４１における測定方法で表面の光沢度が１００を超えているものを用いることができる。あるいは、光反射板１３は、拡散反射率が９０％以上の白色板を用いるようにしてもよい。例えば、光反射板１３としては、アルミ箔を用いるようにしてもよいし、炭酸マグネシウム（拡散反射率９８％）または硫酸バリウム（拡散反射率９３％）を含有させたシートを用いるようにしてもよい。

また、光反射板１３は、バックシート８に対向する面の光沢度が１００を超えているか、あるいは拡散反射率が９０％以上の白色であればよく、例えば、ガラス基板の表面に銀などをコーティングしたものでもよい。

また、光反射板１３は、太陽電池セル３と一体的に設けるようにしてもよく、太陽電池セル３に貼り合わせるようにしてもよい。光反射板１３は、太陽電池セル３と平面形状が同じであってもよい。

また、光反射板１３は、裏面電極６とタブ銅線４との間に配置してもよいし、タブ銅線４が光反射板１３と裏面電極６との間に配置されるようにしてもよい。光反射板１３が裏面電極６とタブ銅線４との間にある場合は、光反射板１３には導電性を持たせる必要がある。タブ銅線４が光反射板１３と裏面電極６との間にある場合は、光反射板１３には必ずしも導電性を持たせる必要はない。

そして、透光性基板１を透過した光のうち、太陽電池セル３間の隙間に入射した入射光Ｌ１は、バックシート８にて反射される。この時、バックシート８にて深い角度で反射された反射光Ｌ２は透光性基板１に当たり、透光性基板１で再反射されることで太陽電池セル３の受光面に入射し、太陽電池セル３の発電に寄与する。

また、バックシート８にて浅い角度で反射された反射光Ｌ３は光反射板１３に当たり、光反射板１３で再反射されることでバックシート８に戻され、光反射板１３とバックシート８との間で反射を繰り返すことで、太陽電池セル３間の隙間に到達し、透光性基板１に当たる。そして、透光性基板１で再反射されることで太陽電池セル３の受光面に入射し、太陽電池セル３の発電に寄与する。

次に、この実施の形態２の製造方法の一例を述べる。

次に、複数の太陽電池セル３をタブ銅線４により電気的に配線した太陽電池アレイを受光面封止材２上に配する。この時、太陽電池セル３の受光面側は透光性基板１側に向けて配置する。

この太陽電池セル３の受光面には表面電極５が印刷され、太陽電池セル３の裏面には、裏面電極６が印刷されている。

次に、太陽電池セル３の上に光反射板１３を配置した後、太陽電池アレイの上にＥＶＡ樹脂から成る矩形状の裏面封止材７を配する。次に、裏面封止材７上にバックシート８を配する。

次に、上記の各部材の積層体をラミネータにより真空状態で１００℃〜２００℃の温度で１５分から１時間程度加熱しながら、０．５ａｔｍ〜１．０ａｔｍ程度で加圧する。これによって、受光面封止材２および裏面封止材７が軟化し架橋融着するため、透光性基板１、太陽電池セル３、光反射板１３およびバックシート８が融着することで一体化し、太陽電池モジュールのパネル部を作製することができる。

以上のように本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セル間の隙間に入射した入射光がバックシートにて浅い角度で乱反射された場合においても、発電に寄与させることができ、発電効率を向上させる方法に適している。

１透光性基板
２受光面封止材
３太陽電池セル
４タブ銅線
５表面電極
６裏面電極
７裏面封止材
８バックシート
１２光反射性裏面電極
１３光反射板
Ｌ１入射光
Ｌ２、Ｌ３反射光

Claims

所定の間隔を隔てて配置された複数の太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの裏面側に配置されたバックシートと、
前記太陽電池セルの受光面側に配置された透光性基板と、
前記太陽電池セルの受光面と前記透光性基板との間に設けられた受光面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面と前記バックシートとの間に設けられた裏面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面と前記裏面封止材との間に設けられ、前記バックシートにて反射された光を再反射する光反射板とを備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記光反射板は、表面の光沢度が１００を超えている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。
前記光反射板は、拡散反射率が９０％以上である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。
前記光反射板は、前記太陽電池セルの裏面電極に接していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記光反射板は、前記裏面封止材よりも硬度が高いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
所定の間隔を隔てて配置された複数の太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの裏面側に配置されたバックシートと、
前記太陽電池セルの受光面側に配置された透光性基板と、
前記太陽電池セルの受光面と前記透光性基板との間に設けられた受光面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面と前記バックシートとの間に設けられた裏面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面電極上に形成された導電性光反射膜とを備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記導電性光反射膜は、表面の光沢度が１００を超えていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
前記導電性光反射膜は、拡散反射率が９０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
所定の間隔を隔てて配置された複数の太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの裏面側に配置されたバックシートと、
前記太陽電池セルの受光面側に配置された透光性基板と、
前記太陽電池セルの受光面と前記透光性基板との間に設けられた受光面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面と前記バックシートとの間に設けられた裏面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面側に形成され、表面の光沢度が１００を超えている光反射性裏面電極とを備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
所定の間隔を隔てて配置された複数の太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの裏面側に配置されたバックシートと、
前記太陽電池セルの受光面側に配置された透光性基板と、
前記太陽電池セルの受光面と前記透光性基板との間に設けられた受光面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面と前記バックシートとの間に設けられた裏面封止材と、
前記太陽電池セルの裏面側に形成され、拡散反射率が９０％以上である光反射性裏面電極とを備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
互いに隣接する太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルの表面電極と他方の太陽電池セルの裏面電極とを電気的に接続するタブ線をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
透光性基板上に受光面封止材を配する工程と、
表面電極が受光面に印刷され、光反射性裏面電極が裏面に印刷された複数の太陽電池セルをタブ銅線により電気的に配線することで太陽電池アレイを構成する工程と、
前記太陽電池アレイを前記受光面封止材上に配する工程と、
前記太陽電池アレイ上に裏面封止材を配する工程と、
前記裏面封止材上にバックシートを配する工程と、
前記受光面封止材および前記裏面封止材を架橋融着させ、前記透光性基板、前記太陽電池セルおよび前記バックシートを一体化する工程とを備え、
前記光反射性裏面電極は、表面の光沢度が１００を超えていることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
透光性基板上に受光面封止材を配する工程と、
表面電極が受光面に印刷され、光反射性裏面電極が裏面に印刷された複数の太陽電池セルをタブ銅線により電気的に配線することで太陽電池アレイを構成する工程と、
前記太陽電池アレイを前記受光面封止材上に配する工程と、
前記太陽電池アレイ上に裏面封止材を配する工程と、
前記裏面封止材上にバックシートを配する工程と、
前記受光面封止材および前記裏面封止材を架橋融着させ、前記透光性基板、前記太陽電池セルおよび前記バックシートを一体化する工程とを備え、
前記光反射性裏面電極は、拡散反射率が９０％以上であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
透光性基板上に受光面封止材を配する工程と、
表面電極が受光面に印刷され、裏面電極を介して導電性光反射膜が裏面に印刷された複数の太陽電池セルをタブ銅線により電気的に配線することで太陽電池アレイを構成する工程と、
前記太陽電池アレイを前記受光面封止材上に配する工程と、
前記太陽電池アレイ上に裏面封止材を配する工程と、
前記裏面封止材上にバックシートを配する工程と、
前記受光面封止材および前記裏面封止材を架橋融着させ、前記透光性基板、前記太陽電池セルおよび前記バックシートを一体化する工程とを備え、
前記導電性光反射膜は、表面の光沢度が１００を超えていることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
透光性基板上に受光面封止材を配する工程と、
表面電極が受光面に印刷され、裏面電極を介して導電性光反射膜が裏面に印刷された複数の太陽電池セルをタブ銅線により電気的に配線することで太陽電池アレイを構成する工程と、
前記太陽電池アレイを前記受光面封止材上に配する工程と、
前記太陽電池アレイ上に裏面封止材を配する工程と、
前記裏面封止材上にバックシートを配する工程と、
前記受光面封止材および前記裏面封止材を架橋融着させ、前記透光性基板、前記太陽電池セルおよび前記バックシートを一体化する工程とを備え、
前記導電性光反射膜は、拡散反射率が９０％以上であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
透光性基板上に受光面封止材を配する工程と、
表面電極が受光面に印刷され、裏面電極が裏面に印刷された複数の太陽電池セルをタブ銅線により電気的に配線することで太陽電池アレイを構成する工程と、
前記太陽電池アレイを前記受光面封止材上に配する工程と、
前記太陽電池セル上に光反射板を配する工程と、
前記光反射板上に裏面封止材を配する工程と、
前記裏面封止材上にバックシートを配する工程と、
前記受光面封止材および前記裏面封止材を架橋融着させ、前記透光性基板、前記太陽電池セル、前記光反射板および前記バックシートを一体化する工程とを備え、
前記光反射板は、表面の光沢度が１００を超えていることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
透光性基板上に受光面封止材を配する工程と、
表面電極が受光面に印刷され、裏面電極が裏面に印刷された複数の太陽電池セルをタブ銅線により電気的に配線することで太陽電池アレイを構成する工程と、
前記太陽電池アレイを前記受光面封止材上に配する工程と、
前記太陽電池セル上に光反射板を配する工程と、
前記光反射板上に裏面封止材を配する工程と、
前記裏面封止材上にバックシートを配する工程と、
前記受光面封止材および前記裏面封止材を架橋融着させ、前記透光性基板、前記太陽電池セル、前記光反射板および前記バックシートを一体化する工程とを備え、
前記光反射板は、拡散反射率が９０％以上であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。