JP2012151408A - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受光面が汚れにくい太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールを、樹脂（ＥＴＦＥ等）からなる耐候層１１、封止層１２、薄膜太陽電池素子１３及び封止層１４を少なくとも有する太陽電池１０と、太陽電池１０の耐候層１１とは異なる側の面で太陽電池１０と一体化された強化ガラス２０とを備え、太陽電池１０の耐候層１１側の面が受光面であるモジュールとして構成しておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの製造方法とに関する。

現在、市販されている、一般的な太陽電池モジュール（太陽電池パネル、ソーラパネル等とも呼ばれているもの）は、２枚のガラスの間に太陽電池（通常、結晶系シリコン太陽電池）を挟んだものとなっているのであるが、ガラスは、比較的に汚れが付きやすい物質である。そして、受光面側のガラスが汚れると、モジュール内の太陽電池素子に到達する光量が減る結果として太陽電池モジュールの出力が低下してしまう。そのため、太陽電池モジュール用の、表面の汚れが落ちやすいガラス（例えば、特許文献１参照）の開発も試みられている。

ただし、受光面の汚れによる発電効率の低下を十分に防止できている太陽電池モジュールは、未だ開発されていないのが現状である。

特開２００１−７３６３号公報 特開平６−３１０７４８号公報

そこで、本発明の課題は、受光面が汚れにくい太陽電池モジュールと、そのような太陽電池モジュールの製造方法とを、提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、樹脂からなる耐候層、封止層、薄膜太陽電池素子及び封止層を少なくとも有する太陽電池と、太陽電池の耐候層とは異なる側の面で太陽電池と一体化された強化ガラスとを備え、太陽電池の耐候層側の面が受光面である構成を有する。

すなわち、本発明の太陽電池モジュールは、受光面側に、ガラスではなく、樹脂からなる耐候層が設けられた構成を有している。そして、通常の使用環境で太陽電池モジュールの受光面に付き得る汚れは、砂ぼこりやほこりなどの親水性汚れであるが、樹脂は、ガラスよりも疎水性が高い材料である、従って、上記構成を採用しておけば、受光面が汚れにくい（汚れによる発電効率の低下を生じにくい）太陽電池モジュールを実現できることになる。

なお、本発明の太陽電池モジュールの強化ガラスは、一般的なガラス（フロート板ガラス）よりも強度を高いものでありさえすれば良い。従って、強化ガラスとして、合わせガラスを採用することも出来る。

本発明の太陽電池モジュールを実現するに際しては、耐候層を、フッ素系炭化水素樹脂層としておくことが望ましい。何故ならば、フッ素系炭化水素樹脂は、反射率がガラスよりも低い樹脂であるため、耐候層をフッ素系炭化水素樹脂層としておけば、発電効率が高い太陽電池モジュールを実現できるからである。

本発明の太陽電池モジュールの薄膜太陽電池素子としては、様々なものを採用することが出来る。例えば、薄膜太陽電池素子として、“樹脂フィルムを基材として用いて製造された素子”を採用することが出来る。

また、本発明の太陽電池モジュールの各部の厚さは特に限定されないが、耐擦傷性を向上させるために、耐候層の厚さを５０μｍ以上としておくことが好ましい。また、耐衝撃性を向上させるために、太陽電池の総膜厚が、薄膜太陽電池素子の膜厚の６倍以上となる（太陽電池の、薄膜太陽電池素子を除いた部分の膜厚が、薄膜太陽電池素子の膜厚の５倍以上となる）ようにしておくことが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールは、様々な手順で製造できるものである。例えば、『樹脂からなる耐候層、封止層、薄膜太陽電池素子及び封止層を少なくとも有する太陽電池を太陽電池の耐候層とは異なる側の面で合わせガラスと一体化した構成を有する、太陽電池の耐候層側の面が受光面である太陽電池モジュール』を、『太陽電池の各構成要素と第１のガラスとを熱ラミネートすることにより、太陽電池を太陽電池の耐候層とは異なる側の面で第１のガラスと一体化したモジュールを製造する第１工程』と、『第１工程により製造されたモジュールと樹脂層と第２のガラスとを熱ラミネートすることにより、上記構成を有する太陽電池モジュールを製造する第２工程』とを含む製造方法により製造することが出来る。

そして、この製造方法を採用しておけば、太陽電池の各層の材料として、合わせガラス内の樹脂（第１のガラスと第２のガラスとの間の樹脂層）が劣化してしまう温度で熱ラミネートすべき材料をも選択できること（つまり、太陽電池の各層の材料を自由に選択できること）になる。

本発明の太陽電池モジュールの構成を採用しておけば、受光面が汚れにくい太陽電池モジュールを得ることが出来る。また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、太陽電池の各層の材料を自由に選択できる形で、受光面が汚れにくい太陽電池モジュールを製造できることになる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの構成図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールの構成図である。 図３は、第２実施形態に係る太陽電池モジュールの変形例の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１、図２に、それぞれ、本発明の第１、第２実施形態に係る太陽電池モジュールの構成を示す。

図１に示してあるように、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールは、耐候層１１、封止層１２、薄膜太陽電池素子１３及び封止層１４を有する太陽電池１０を、太陽電池１０の耐候層１１とは異なる側の面で強化ガラス２０と一体化した、太陽電池１０の耐候層１１側の面が受光面となっている太陽電池モジュールである。また、図２に示してあるように、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュールは、第１実施形態に係る太陽電池モジュールの強化ガラス２０を、２枚のガラス２１、２３を樹脂層２２で一体化した強化ガラス２０（いわゆる合わせガラス）に置換した太陽電池モジュールである。

《薄膜太陽電池素子１３》
各実施形態に係る太陽電池モジュール（太陽電池１０）を構成している薄膜太陽電池素子１３は、光エネルギーを直接電力に変換するための素子である。この薄膜太陽電池素子１３としては、光エネルギーを直接電力に変換できる素子でありさえすれば、どのような素子も使用することが出来る。従って、薄膜太陽電池素子１３としては、単結晶シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子、アモルファスシリコン太陽電池素子、微結晶シリコン太陽電池素子、球状シリコン太陽電池などのシリコン系太陽電池素子を採用することが出来る。また、薄膜太陽電池素子１３として、ＣＩＳ系太陽電池素子、ＣＩＧＳ系太陽電池素子、ＧａＡｓ系太陽電池素子などの化合物太陽電池素子を採用することも出来る。さらに、薄膜太陽電池素子１３として、色素増感太陽電池素子、有機薄膜太陽電池素子、多接合型太陽電池素子、ＨＩＴ太陽電池素子等を採用することも出来る。

なお、この薄膜太陽電池素子１３自体にも、或る程度の柔軟性（クッション性、耐衝撃性）があった方が良い。そのため、薄膜太陽電池素子１３としては、樹脂フィルムを基材として用いて製造された素子を採用しておくことが好ましい。ここで、薄膜太陽電池素子１３の基材として用いれる樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、これらの共重合体、ＰＶＤＦ、ＰＶＦなどのフッ素樹脂、シリコーン樹脂、セルロース、ニトリル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、アイオノマー、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホンなどのフィルム、これらにガラス繊維、有機繊維、炭素繊維などを含めたフィルムを例示することが出来る。

《封止層１２、１４》
封止層１２、１４は、太陽電池モジュールの補強や薄膜太陽電池素子１３の保護のために、太陽電池モジュールに設けられている層である。

各封止層１２、１４の構成材料としては、太陽電池モジュールを補強することや薄膜太陽電池素子１３を何らかの形で保護できるものでありさえすれば、どのような材料も使用することが出来る。例えば、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）フィルム、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体などのポリオレフィンフィルムなどを、各封止層１２、１４の構成材料として用いることができる。なお、各封止層１２、１４は、１種の材料で形成されていても良く、２種以上の材料で形成されていても良い。また、各封止層１２、１４は、単層フィルムにより形成されていても良いが、２層以上のフィルムからなるものであっても良い。

薄膜太陽電池素子１３の受光面側に設ける封止層１２としては、発電量が低くなることを防止するために、光透過率が高いものを採用しておくべきである。具体的には、この封止層１２としては、日射透過率が、通常７５％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上の層を採用しておくべきである。当然、薄膜太陽電池素子１３の受光面と反対側に設ける封止層１４は、光を透過するものである必要はなく、不透明なものであっても良い。

さらに、太陽電池モジュールは光を受けて熱せられることが多いため、封止層１２、１４は耐熱性を有していることが好ましい。従って、封止層１２、１４の構成材料としては、その融点が、１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下であるものを採用しておくべきである。

また、封止層１２、１４に、紫外線遮断、熱線遮断、導電性、易接着性、防眩性、光反射、光拡散、光散乱、ガスバリア性等の機能を付与しておいてもよい。太陽電池モジュールは、太陽光からの強い紫外線にさらされるものであるため、特に封止層１２には、紫外線遮断機能を持たせておくことが好ましい。なお、紫外線遮断機能の封止層１２への付与は、紫外線遮断機能を有する層を塗工製膜等により封止層１２上に積層することや、紫外線遮断機能を発現する材料を溶解・分散させるなどして封止層１２に含有させることにより、行うことが出来る。

《強化ガラス２０》
強化ガラス２０としては、実用上十分な強度を有する太陽電池モジュールが得られることになるものでありさえすれば、単一物タイプのもの（図１）を採用することも、合わせガラスタイプのもの（図２）を採用することも出来る。ただし、同一強度の両タイプの強化ガラス２０の重量は、通常、合わせガラスタイプの強化ガラス２０の方が軽くなる。そのため、強化ガラス２０としては、合わせガラスタイプのものを採用しておくことが好ましい。

《耐候層１１》
耐候層１１は、温度変化、湿度変化、風雨などから、薄膜太陽電池素子１３を保護するための部材である。受光面を汚れにくいものとするために、この耐候層１１としては、或る程度の耐候性及び光透過性を有する樹脂からなる層が用いられる。

すなわち、通常の使用環境で太陽電池モジュールの受光面に付き得る汚れは、砂ぼこりやほこりなどの親水性汚れである。そして、或る程度の耐候性を有する樹脂（換言すれば、疎水性を有する樹脂）は、ガラスよりも疎水性が高い材料となっている。従って、或る程度の耐候性及び光透過性を有する樹脂層を、耐候層１１として設けておけば、受光面が汚れにくい（受光面の汚れによる発電効率の低下が生じにくい）太陽電池モジュールを実現できることになる。

なお、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＥＣＴＦＥ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体）、ＦＥＶＥ（フルオロエチレン−ビニルエーテル共重合体）等のフッ素系炭化水素樹脂は、疎水性が高く、光透過率も高い樹脂である。そのため、耐候層１１の構成樹脂としては、フッ素系炭化水素樹脂を採用しておくことが望ましい。また、フッ素系炭化水素樹脂の一種であるＥＴＦＥ（２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体）は、以下の表に示したように、各種角度で入射された光に対する反射率がガラスよりも特に小さな樹脂である。

そのため、耐候層１１は、ＥＴＦＥ層としておくことが望ましい。

《太陽電池モジュールの各部の膜厚》
各実施形態に係る太陽電池モジュールの各部の膜厚（層厚）は、特に限定されない。た
だし、耐擦傷性を向上させるという観点からは、耐候層１１の膜厚は、５０μｍ以上であることが好ましい。

また、各種実験により、太陽電池１０の総膜厚が、薄膜太陽電池素子１３の膜厚の６倍未満である（太陽電池１０の，薄膜太陽電池素子１３を除いた部分の膜厚が、薄膜太陽電池素子１３の膜厚の５倍未満である）と、太陽電池モジュールの耐衝撃性が悪くなる（外力がかかったときに、薄膜太陽電池素子１３が破損し易くなる）ことが分かっている。

そのため、太陽電池１０の総膜厚が、薄膜太陽電池素子１３の膜厚の６倍以上となるようにしておくことが好ましく、薄膜太陽電池素子１３の膜厚の１０倍程度となるようにしておくことがより好ましい。

《太陽電池モジュールの製造方法》
各実施形態に係る太陽電池モジュールは、さまざまな方法（手順）で製造することが出来る。

例えば、第１実施形態に係る太陽電池モジュール（図１）は、各構成要素（耐候層１１、封止層１２、薄膜太陽電池素子１３、封止層１４及び強化ガラス２０）を熱ラミネートで一体化することにより製造することが出来る。また、第１実施形態に係る太陽電池モジュールを、太陽電池１０を製造した後、製造した太陽電池１０を強化ガラス２０に固定することにより製造することも出来る。

第２実施形態に係る太陽電池モジュール（図２）も、各構成要素（耐候層１１、封止層１２、薄膜太陽電池素子１３、封止層１４、ガラス２１、樹脂層２２及びガラス２３）を熱ラミネートにより一体化することにより製造することが出来る。また、第２実施形態に係る太陽電池モジュールを、太陽電池１０と、強化ガラス２０とを用意した後、図３に示したように、それらを接着剤層１６により接着することにより、製造することも出来る。

さらに、第２実施形態に係る太陽電池モジュールを、以下の方法により製造することも出来る。

まず、薄膜太陽電池素子１３を製造する。
次いで、耐候層１１（耐候層１１とする樹脂フィルム；以下、同様）、封止層１２、製造した薄膜太陽電池素子１３、封止層１４及びガラス２１を熱ラミネートにより一体化することにより、太陽電池１０とガラス２１とからなるモジュールを製造する。
そして、製造したモジュールと樹脂層２２とガラス２３とを熱ラミネートにより一体化することにより、太陽電池モジュールを得る。

すなわち、第２実施形態に係る太陽電池モジュールを、各構成要素を熱ラミネートで一体化することにより製造する場合、各層（主として、封止層１２、１４、樹脂層２２）の構成材料を同一温度で溶融するものとせざるを得ない。ただし、上記方法によれば、例えば、耐候層１１、封止層１２、封止層１４、樹脂層２２として、それぞれ、ＥＴＦＥ、ＥＶＡ、ＥＶＡ、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を採用して、比較的に高温（例えば１５０℃）の熱ラミネートにより太陽電池１０とガラス２１とからなるモジュールを製造してから、比較的に低温（例えば１２０℃）の熱ラミネートにより太陽電池モジュールを得る、といったことが出来ることになる。

従って、上記製造方法を採用しておけば、各層の材料をより自由に選択できる形で太陽電池モジュールを製造できることになる。

最後に、本発明の太陽電池モジュールの開発時に製造した各太陽電池モジュールの評価法を簡単に説明しておくことにする。

本発明の太陽電池モジュールの開発時には、図１や図２に示したタイプの、各部の膜厚、材料を変えた様々な太陽電池モジュールが製造されている。具体的には、耐候層１１、封止層１２、封止層１４、樹脂層２２として、それぞれ、１００μｍ厚のＥＴＦＥ、２００μｍ厚のＥＶＡ、２００μｍ厚のＥＶＡ、１ｍｍ厚のＰＶＢを用い、各ガラス２１、２３として、３〜５ｍｍ程度の厚さのガラスを用いた太陽電池モジュールを、上記製造方法により製造することが行われている。、

また、本発明の太陽電池モジュールの開発時には、耐候層１１を樹脂層ではなくガラスとした太陽電池モジュール（以下、従来モジュールと表記する）も製造されている。

さらに、本発明の太陽電池モジュールの開発時には、耐候層１１を樹脂層とした製造した各太陽電池モジュール（以下、発明構成モジュールと表記する）と従来モジュールとを屋外に放置し、各モジュールの出力をモニタすることが行われている。そして、その結果として、従来モジュールの出力が顕著に低下するようになっても、各発明構成モジュールの出力が低下しないことや、ＥＴＦＥ層を耐候層１１として設けた発明構成モジュールが特に出力が高いものとなることが確認できている。

また、発明構成モジュールの受光面と従来モジュールの受光面の汚れ易さ（汚れ難さ）を比較するために、各モジュールの受光面の水の静的接触角を測定した。又、外観についても評価も行った。以下の表に、静的接触角の測定結果及び外観の評価結果の一例を示す。なお、以下の表において、実施例１とは、厚さ６ｍｍ強化ガラス２０（図１参照）上に、封止層１４としての膜厚４００μｍのＥＶＡフィルム（Ｈａｎｇｚｈｏｕ ＦＩＲＳＴ
ＰＶ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製Ｆ８０６）、薄膜太陽電池素子１３としてのアモルファスシリコン太陽電池、封止層１２としての膜厚４００μｍのＥＶＡフィルム（Ｈａｎｇｚｈｏｕ ＦＩＲＳＴ ＰＶ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製Ｆ８０６）、耐候層１１としての膜厚５０μｍのＦＴＦＥフィルム（ＡＧＣ社製アフレックス５０ＨＫ-ＤＣＳ）をこの順に
積層し、１４０℃での真空ラミネート（真空５分、加圧５分、保持２１分）を行うことにより製造した太陽電池モジュールのことである。また、比較例１とは、耐光層１１としてガラスが採用されていることのみが実施例１と異なる太陽電池モジュール（従来モジュール）のことである。

この表から明らかなように、実施例１の受光面（ＦＴＦＥフィルム）の水の接触角は、比較例１の受光面（ガラス）のそれよりも大きい。そして、水の接触角が大きい方が、受光面に付着した汚れが雨水等と共に流れやすいのであるから、発明構成モジュールは、従来モジュールよりも受光面が汚れにくいものとなっていると言うことが出来る。

また、比較例１が、外観が悪いもの（シワが発生しているもの）であるのに対し、実施例１は、外観の良いものとなっている。従って、ガラスと樹脂性の耐光層とで、封止材に
挟まれた太陽電池セルをラミネートするという太陽電池モジュールの製造方法は、封止材中での太陽電池の微妙な移動を防止できるが故に、外観の良い太陽電池モジュールを製造できるものとなっていると言うことが出来る。

１０ 太陽電池
１１ 耐候層
１２、１４ 封止層
１３ 薄膜太陽電池素子
１６ 接着剤層
２０ 強化ガラス
２１、２３ ガラス
２２ 樹脂層

Claims (7)

1. 樹脂からなる耐候層、封止層、薄膜太陽電池素子及び封止層を少なくとも有する太陽電池と、
   前記太陽電池の前記耐候層とは異なる側の面で前記太陽電池と一体化された強化ガラスとを、備え、
   前記太陽電池の前記耐候層側の面が受光面である
   ことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記耐候層が、フッ素系炭化水素樹脂からなる層である
   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。
3. 前記薄膜太陽電池素子が、樹脂フィルムを基材として用いて製造された素子である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記耐候層の厚さが、５０μｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記太陽電池の総膜厚が、前記薄膜太陽電池素子の膜厚の６倍以上である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記強化ガラスが、合わせガラスである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
7. 樹脂からなる耐候層、封止層、薄膜太陽電池素子及び封止層を少なくとも有する太陽電池を前記太陽電池の前記耐候層とは異なる側の面で合わせガラスと一体化した構成を有する、前記太陽電池の前記耐候層側の面が受光面である太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記太陽電池の各構成要素と第１のガラスとを熱ラミネートすることにより、前記太陽電池を前記太陽電池の前記耐候層とは異なる側の面で前記第１のガラスと一体化したモジュールを製造する第１工程と、
   前記第１工程により製造されたモジュールと樹脂層と第２のガラスとを熱ラミネートすることにより、前記構成を有する太陽電池モジュールを製造する第２工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。