JP2012160687A - 太陽電池パネル - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で生産コストが低廉で温度変化にも強い高信頼性で、設計自由度も高く、耐風圧性能にも優れた完全樹脂モールドの太陽電池パネルを提供する。
【解決手段】単または複数枚の太陽電池素子が第１の樹脂３によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂３よりも硬度の大きい第２の樹脂５によって被覆された封入体が、合成樹脂基板９上に形成されたことを特徴とする太陽電池パネルとする。また、単または複数枚の太陽電池素子１が第１の樹脂３によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂３よりも硬度の大きい第２の樹脂５によって被覆された封入体によって、２枚の合成樹脂基板が貼り合わされて一体化されたことを特徴とする太陽電池パネルとする。第１の樹脂３および第２の樹脂５としての好例は、ヒマシ油系ポリオール若しくは液状ゴム系ポリオールを含む無黄変性で透明のポリウレタン樹脂である。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池パネルの製造技術の分野に属するものである。特に、従来の太陽電池パネルに比較して、軽量かつ生産コストが低廉で設計自由度が高く、しかも高い信頼性を実現できる太陽電池素子の封入技術に関するものである。

太陽電池パネルとは、複数のシリコン等半導体からなる太陽電池素子を、樹脂等によって封入したものである。従来の太陽電池パネルの最も一般的な構造としては、図２０に示すように、配線材２０１によって複数の太陽電池素子２０３を接続したストリング２０５を、白板強化ガラス基板２０７上にＥＶＡ樹脂（エチレンビニルアセテート）２０９によって封入し、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート）シート２１１によって裏面をシールするとともに、周囲にアルミニウム製フレーム２１３をブチルゴム２１５などによって接着して取り付けたものである。太陽光は、白板強化ガラス基板２０７側から入射する（Ａ）。

このような従来の構造はガラスを用いるため重量が大きく、構造的強度に劣る築年数の古い建造物には取り付けにくいという問題点があった。また、白板強化ガラスを使用するので、低温下での脆さなども懸念される。例えば、火山観測用電源や南極観測用電源として太陽電池を使用する場合には、著しい低温下に設置されるとともに、火山礫やブリザードによって吹き上げられた砂塵によって、白板強化ガラスが容易に破損するという問題が発生している。

そこで、本発明者らは、特許公開２０１０−１５７６５２号公報として開示されているポリウレタン樹脂（以下、単にウレタン樹脂と言う）を用いた太陽電池パネルの有効性を知見している。ウレタン樹脂を使用することにより、低温下であっても物理的衝撃に強くなるので、過酷な環境下での太陽電池の信頼性を高める効果がある。併せて、軽量化も実現できるというメリットがある。本発明の有用性を説明するため、特許公開２０１０−１５７６５２号公報の内容を背景技術（先行技術）として引用する。

特許公開２０１０−１５７６５２号公報に記載された先行技術は、図１９に示すように、基材１０１上に、単又は複数枚の太陽電池素子１０３を配線材１０５によって接続したストリング１０７を、ウレタン樹脂１０９によって封入し、ウレタン樹脂側を受光面（Ａ）とすることを基本とするものである。発電電力は、ストリング１０７から取出電極１１１、１１３によって、基材１０１の裏面側まで導かれる。さらには、ウレタン樹脂としてヒマシ油系ポリオール若しくは液状ゴム系ポリオールを含むものとすること、ウレタン樹脂としてヘキサメチレンジイソシアネート若しくはその誘導体を含むものとすること、ウレタン樹脂として水素添加によって二重結合を含まない構造としたヒマシ油系ポリオール若しくは液状ゴム系ポリオールを含むものとすること、およびこれらを組み合わせることを特徴とするものである。

特許公開２０１０−１５７６５２号 公報

特許公開２０１０−１５７６５２号公報記載の太陽電池パネルには、現状では次のような問題点があり、設置場所が制限されるという問題点がある。この構造において、基材１０１にポリカーボネートなどの合成樹脂基板を用いる場合、基材１０１と太陽電池素子１０３やストリング１０７の線膨張係数が異なるため、大きな温度変化によっては、ストリング１０７の構成部材である配線材１０５が破断する場合がある。基材１０１として金属やガラエポを使用する場合には、これらの線膨張係数は太陽電池素子１０３や配線材１０５と近いため、配線材１０５の破断という問題は起こらない。

近年、特許公開２０１０−１５７６５２号公報記載の発明を、ポリカーボネートのような透明基板によって実現したいとする市場ニーズの高まりがある。例えば、同発明の太陽電池パネルを、高速道路の防音壁やバス停の屋根材として使用する場合などである。しかし、透明のポリカーボネート基板で高速道路防音壁として同発明を実現した場合、温暖で気温変化の少ない地域での温度変化には耐え得るが、内陸部や山間高地といった寒暖差の大きい地域に設置すると、配線材１０１の破断が発生してしまい、設置場所が限定されるのである。特に高速道路の防音壁は、設置環境条件としては厳しいので、寒暖差の克服は、重要課題である。

高速道路防音壁としては、従来の白板強化ガラスを使った一般的な太陽電池パネルも使用でき、実際にいくつかの設置例はあるが、重量の関係から設置コストが嵩むため広く普及していない。特に後述するように、光透過性にするには合せガラス構造が必要となり、重量が非常に大きくなっていた。また、道路用の部材ということで事故などの際の「割れ」への抵抗感が強いことも、高速道路防音壁用の太陽電池の普及を遅らせている大きな要因となっている。さらに、居眠り運転の防止という観点からは、単調な視界にならないように、太陽電池素子間の隙間から防音壁の外の景色が見えるような透明性も求められる。しかし、白板強化ガラスを使用する一般的な太陽電池パネルでは、信頼性の点からＰＥＴシートを透明にできないという制限もある。ＰＥＴシートは太陽電池パネルの裏面保護シートとして機能するが、もともとＰＥＴは吸湿性があるので、ブロック材を混合したり他の合成樹脂シートとの多層構造にしたりしているので、透明のものは今をもって普及を見ていない。

ウレタン樹脂を使用したオール樹脂製の太陽電池パネルは、基材１０１としてポリカーボネートやアクリルなどの透明のものを用いると、太陽電池素子間の隙間からの光透過性が確保されることや軽量であることから、長年にわたって業界各社によって開発が試みられてきた。しかし、オール樹脂製の太陽電池パネルは、実用化に至っていない。このような業界の事情にあって、特許公開２０１０−１５７６５２号公報記載の発明が、これらの課題の一つの解になっている。しかし一方では、前述した線膨張係数の違いから、寒暖差の大きい地域においては設置できないという制限要素が存在していた。

本発明は、前述の先行技術に基づく太陽電池パネルの諸問題を解決し、軽量で生産コストが低廉で、しかも太陽電池パネルの大きさに対する設計自由度が高く、耐風圧性能にも優れるとともに、基材として合成樹脂基板を用いても配線材が破断しない高信頼性の太陽電池パネルを提供するものである。

このような本発明は、単または複数枚の太陽電池素子が第１の樹脂によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂よりも硬度の大きい第２の樹脂によって被覆された封入体が、合成樹脂基板上に形成されたことを特徴とする太陽電池パネルとすることで実現できる。ここで、合成樹脂基板側を光入射面としてもよいし、封入体側を光入射面としてもよい。

また、本発明の別の構成としては、単または複数枚の太陽電池素子が第１の樹脂によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂よりも硬度の大きい第２の樹脂によって被覆された封入体によって、２枚の合成樹脂基板が貼り合わされて一体化されたことを特徴とする太陽電池パネルとすることで実現できる。

さらに、第１の樹脂および第２の樹脂がポリウレタン樹脂であり、そのポリウレタン樹脂が、ヒマシ油系ポリオールを含むものまたは液状ゴム系ポリオール、あるいはヘキサメチレンジイソシアネートまたはその誘導体を含むもの、さらに水素添加によって二重結合を含まない構造としたヒマシ油系ポリオールまたは液状ゴム系ポリオールを含むものとすることがより効果的である。

加えて、第１の樹脂および第２の樹脂がシリコーン樹脂であっても、本発明の目的を達成することができる。

特に耐風圧性能を高めるためには、少なくとも太陽電池素子の配列範囲内に、受光面から基材までの複数の貫通孔を設けた構造とすることが効果的である。

太陽電池の出力を高めるためには、両面発電可能な太陽電池素子を使用する構造とすることも、有効な手段となる。

請求項１によれば、線膨張係数の大きい合成樹脂基板を使用しても、硬度の低い第１の樹脂の存在（弾性）により、温度変化に伴う合成樹脂基板と太陽電池素子の膨張収縮のストレスが吸収されるので、配線材が破断することがなくなる。したがって、寒暖差の大きな環境下でも高い信頼性を得ることができる。さらに、樹脂のみで太陽電池素子を封入することができるので、軽量で低コストかつ設計自由度の高い太陽電池パネルを実現することができる。なお、第２の樹脂は、耐水性や機械的強度などの信頼性維持・向上に寄与する。すなわち、ウレタンなど多くの合成樹脂は、一般に硬度が高くなると耐水性や機械的強度が向上するからである。

請求項２によれば、合成樹脂基板側が光入射面となるので、ポリカーボネートやアクリルなどの高信頼性の合成樹脂をガラスの代替材として使用でき、高速道路防音壁といった透明でかつ軽量であることや飛散防止性能が要求される分野への太陽電池の普及が実現できる。

請求項３によれば、封入体側が光入射側となることから、合成樹脂基板を透明基材に限定することなく、多様な合成樹脂をその線膨張係数を考慮することなく使用することができる。したがって、太陽電池パネルの低コスト化に寄与することができる。

請求項４によれば、例えば合成樹脂基板として透明ポリカーボネート板で太陽電池素子（ストリング）を封入体を介してサンドイッチした構造となるので、より機械的強度や信頼性が向上するという効果が得られる。この構造は、言うなれば合せガラスと同等の構造であり、これまで非常に重量が大きかった合せガラス構造の太陽電池に代わり、その軽量という特性から、太陽電池の設置場所の自由度が大幅に向上する。

請求項５によれば、ウレタン樹脂は硬度のコントロールが行いやすくかつ低コストであり、近年低コスト化が著しい太陽電池用の部材としては最適なものとなる。また、ウレタンは反応硬化性の樹脂なので、夏場など太陽電池の温度が上昇しても、熱可塑性樹脂のように再軟化することがなく、オール樹脂製の太陽電池の信頼性向上に寄与できる。

請求項６、請求項７によれば、高い耐水性を得ることができる。耐水性能は、屋外で使用される太陽電池にとっては、必要不可欠の性能である。本請求項の構成によって耐水性能が向上する理由は、本発明のウレタン原料となるヒマシ油系ポリオール、若しくは液状ゴム系ポリオールの効果によるものである。ヒマシ油は、ヒマ（トウタイグサ科）という植物の種子から得られる油であるが、この油は、脂肪酸とグリセリンのエステルであり、脂肪酸の約９０％がリシノレイン酸であるため、他の植物油脂とは異なった性状を示す。液状ゴム系ポリオールは、ブタジエンオリゴマー末端を過酸化水素でヒドロキシル化させることによる公知の技術によって得られる。これらのウレタン原料から得られたウレタン樹脂は、特に耐水性・耐水蒸気透過性に優れる点が特徴としてあげられる。

具体的には、ヒマシ油系ポリウレタンは、ポリプロピレングリコール系、ポリエステル系のポリウレタンと比較すると、ポリプロピレングリコール系、ポリエステル系に比べて耐水性や耐加水分解性、電気絶縁性、耐水蒸気透過性、耐熱性、耐寒性に優れている。これらは、いずれも太陽電池に要求される信頼性特性である。本発明において、ポリプロピレングリコール系、ポリエステル系ポリオール等のその他のポリオールは、支障のない限りにおいてヒマシ油系ポリオールと混合して併用することもできる。

請求項８によれば、高い耐光性を得ることができる。イソシアネートはポリオールとともにウレタン樹脂の主原料であるが、ヘキサメチレンジイソシアネート若しくはその誘導体は脂肪族イソシアネートであり、トリレンジイソシアネートやジフェニルメタンジイソシアネートなどの芳香族イソシアネートとは異なり、黄変が起こりにくいという特性を有している。これは、その化学構造として芳香環を含んでいないという点が、寄与していると考えられる。

請求項９、請求項１０によれば、ヒマシ油の二重結合を水素添加によって除去しているので、ヒマシ油の有する高い耐水性に加えて、高い耐光性も併せて得ることができる。また、液状ゴム系ポリオールであっても、同様である。ウレタン樹脂が光照射や高温の影響などによって黄変するのは、二重結合がこれらの外部エネルギーによって共鳴するからである。したがって、二重結合がなければ、太陽光のような全波長にわたる強い光が照射されたとしても、黄変を防止することができる。特にヘキサメチレンジイソシアネート若しくはその誘導体との組み合わせは、ポリオールとイソシアネートの両方が二重結合を含まないものなるので、極めて高い水準で耐水性と耐光性を両立できるという効果が得られる。

請求項１１によれば、コスト面や水蒸気透過性の面ではウレタン樹脂よりも若干不利にはなるものの、その可視光透過性、安定性に特に優れるシリコーン樹脂を使用することで、入射光ロスを最低限に抑えることができる。また、シリコーン樹脂もウレタン樹脂と同様に、硬度を幅広くコントロールできるという特徴を有している。

請求項１２によれば、太陽電池パネル面に吹き付ける風が貫通孔を通り抜けることにより、太陽電池パネルを支える支柱などの構築部材への荷重負荷が低減し、結果として、太陽電池システムのトータルコストを大きく低減することができる。この効果は、太陽電池システム全体としての軽量化にもつながる。また、ほどよい硬度特性を有するウレタン樹脂を使用することから、この貫通孔は後加工でクラックの発生等なく開設することもできるので、想定風速が高い地域に設置する必要が生じた場合でも臨機応変に対応することができ、生産性の向上にも寄与できることになる。

請求項１３によれば、裏面側（光入射側と反対側）の合成樹脂基板を透明にしておくことで、太陽電池パネルの裏面が開放される設置形態において、地面等からの反射光を太陽電池素子の裏面で吸収し、その分も発電電力として利用できる。したがって、面積当たりの発電出力を２０％〜３０％程度高くすることができ、白板強化ガラスを用いないことから、同時に軽量化も実現できる。

本発明の太陽電池パネルの断面構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの断面構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの断面構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの断面構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの受光面側構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの端面外観例の説明図 本発明の太陽電池パネルの受光面側構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの取付具の例の説明図 本発明の太陽電池パネルの取付態様例の説明図 本発明の太陽電池パネルを風が通り抜ける様子を表す説明図 本発明の製造方法例の説明図 本発明の製造方法例の説明図 本発明の太陽電池パネルの断面構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの断面構造例の説明図 本発明の太陽電池パネルの断面構造例の説明図 本発明の製造方法例の説明図 本発明の製造方法例の説明図 本発明の製造方法例の説明図 背景技術の太陽電池パネルの断面構造の説明図 一般に普及している白板強化ガラスによる太陽電池パネルの断面構造の説明図

図１には、本発明を実施するための最良の形態例を示す。図例は、単または複数枚の太陽電池素子１が第１の樹脂３によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂３よりも硬度の大きい第２の樹脂５によって被覆された封入体７が、合成樹脂基板９上に形成された太陽電池パネルである。

単または複数の太陽電池素子１は、配線材１１によって適宜の枚数が直列に接続されたストリング１３を構成し、太陽電池パネルとしての電気特性を発揮している。配線材１１としては、半田コートの銅箔などが使用可能である。また、合成樹脂基板９の膨張収縮により追随できるよう、配線材１１としてメッシュ状に編んだ銅線を使用することも一考である。

ストリング１３の両端からは正負電極の取出線１５、１７が、合成樹脂基板９に開孔された貫通孔１９から外部に取り出されている。この貫通孔１９の内部にも、第１の樹脂３または第２の樹脂５が、その塗布時などにおいて流れ込み、充填される構造となる。この構造では、光（Ａ）は、第２の樹脂５側から入射するものである。

図２には、本発明を実施するための別の最良の形態例を示す。図例は、単または複数枚の太陽電池素子１が第１の樹脂３によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂３よりも硬度の大きい第２の樹脂５によって被覆された封入体７が、合成樹脂基板９上に形成された太陽電池パネルである。図１の構造との違いは、本図例は合成樹脂基板９側からの光入射（Ａ）である点である。本例でも、合成樹脂基板９の膨張収縮により追随できるよう、配線材１１としてメッシュ状に編んだ銅線を使用することも一考である。

ｐ型のシリコンウェハーによる太陽電池素子１の場合、一般にその光入射側の取出電極１５が負極、同裏面側の取出電極１７が正極となる。また、太陽電池素子１の裏面側にも第１の樹脂３が回り込むよう、合成樹脂基板９と太陽電池素子１との間に隙間を設けている。

図３、図４は、合成樹脂基板９上に予めストリング１３を載置した後に第１の樹脂３を流し込む場合に、太陽電池素子１と合成樹脂基板９との隙間に第１の樹脂３が確実に回り込むよう、第１の樹脂３と同じ樹脂によるスペーサー２１によって、合成樹脂基板９と太陽電池素子１との間に隙間を設けた例である。このスペーサー２１は、第１の樹脂３と同じものであれば、屈折率が同じになることから、受光面側に設けても、太陽電池の出力に影響することはない。また、スペーサー２１は、第１の樹脂３と異なる樹脂であっても、屈折率が第１の樹脂３と略同じものであれば問題はない。本例でも、合成樹脂基板９の膨張収縮により追随できるよう、配線材１１としてメッシュ状に編んだ銅線を使用することも一考である。

続いて、図５について説明する。図５は、図１〜図４の太陽電池パネル（合成樹脂基板９は透明）を、受光面側から見た構造であり、４枚の太陽電池素子１を直列に配置したものである。また合成樹脂基板９の４隅には、取付用孔２３を設けている。なお、この取付用孔２３は、図１〜図４では省略している。なお、図２および図４のものは合成樹脂基板９側から光が入射する構造なので、貫通孔１９は設けられていない。

続いて図６は、本発明の太陽電池パネルの端面外観図の一例である。図１〜図４は、説明用の図として、取出電極１５、１７に特別な被覆を設けない構造として描いたが、本図の構造は、取出電極１５、１７として被覆電線を用いた例である。さらに、一般に太陽電池パネルは水分の浸入を防止するため、取出電極の部分を通常はシリコーン樹脂などによってモールドするか、端子ボックスなどによって封入するといった方法が採られる。図６の構造についても同様に、端子ボックス２５を介して、取出電極１５、１７を設けたものである。取出電極１５、１７（被覆電線）として太陽電池素子から引き出される配線材は、端子ボックス２５の内部でストリングの末端と接続されている（接続部は図示せず）。

図７は、太陽電池素子１の配列範囲内に、複数の貫通孔２７を設けたものである。このような構造とすると、太陽電池パネルに風が当たったときにその風が太陽電池パネルを通り抜けるので、太陽電池パネルの支持材への荷重負荷を軽くすることができる。太陽電池パネルが風の影響をより受けるのは、その面積が大きくなった場合である。したがって、本図も太陽電池素子１を４枚直列接続したストリング１３を２並列に接続した構造であり、図５のものより大型のものを想定して描いている。

続いて、図７の構造の太陽電池パネルの設置形態の例を、図８〜図１０を用いて説明する。図８は、図７の太陽電池パネルを取り付けるための取付具２９の例である。この取付具２９は、金属などの額縁状の枠の４隅に、取付孔３１を開設した取付ステー３３を設けた例である。図９は、図８の開口部３５に、本発明の太陽電池パネル３７をはめ込み、取付孔３１を介して太陽電池パネル３７と取付具２９をネジ止めしたものである。また、取付金具３９を、取付孔３１を介して太陽電池パネル３７と取付具２９とともに、一体締結している。図１０は、図９で示したものを支柱等（図示せず）に取り付けた状態を表している。太陽電池パネルは、通常は太陽光線をより効率的に受け止めるため、図のように南向けに傾斜（最適傾斜角は設置場所の緯度）させて設置する。このような取付形態においては、風が太陽電池パネルに当たったとき、その面積全面で風を受け止めるため、取付金具３９の根元部分Ｂに大きな負荷がかかってしまう。しかし本発明では、図のように風（図中点線矢印で表示）が太陽電池パネル３７を通り抜けるため、取付金具３９の根元部分Ｂに大きな負荷がかかることがない。したがって、支柱などの構造部材を細くできることから、太陽電池システム全体としてのコストダウンに寄与することができるのである。

図１１には、本発明の太陽電池（図３および図４以外）の製造方法の一例を示す。図例は合成樹脂基板９側から光が入射（Ａ）する構造である。同図（ａ）のように、フッ素樹脂など離型効果のあるベルト４１上に単または複数の太陽電池素子１を配線材１１で接続してなるストリング１３を載置し、（ｂ）に示すように、スリットコーターやスクリーン印刷によって第１の樹脂３を塗布する。このとき、取出電極１５、１７は、第１の樹脂３から露出させておく。一方で、（ｃ）に示すように、合成樹脂基板９上にも第１の樹脂３をスリットコーターやスクリーン印刷によって塗布しておく。（ｂ）および（ｃ）の第１の樹脂３は、作業性を考慮して、この時点で仮硬化させておいてもよい。続いて、（ｄ）に示すように、（ｂ）と（ｃ）で作製した第１の樹脂３でコーティングされたストリング１３と合成樹脂基板９を重畳する。さらに（ｅ）に示すように、第２の樹脂５をスリットコーターやスクリーン印刷によって塗布し、本発明の太陽電池パネルの基本構造が完成する。その後、図６で示したような端子ボックス（ここでは図示しない）を取り付ける。

図１２には、本発明の太陽電池（図３および図４以外）の別の製造方法の一例を示す。図例は、第２の樹脂５側から光が入射する（Ａ）構造である。同図（ａ）のように、フッ素樹脂など離型効果のあるベルト４１上に単または複数の太陽電池素子１を配線材１１で接続してなるストリング１３を載置し、（ｂ）に示すように、スリットコーターやスクリーン印刷によって第１の樹脂３を塗布する。このとき、取出電極１５、１７は作業性を阻害しないように畳んでおく。一方で、（ｃ）に示すように、合成樹脂基板９上にも第１の樹脂３をスリットコーターやスクリーン印刷によって塗布しておく。このとき、合成樹脂基板９に開設された貫通孔１９内にも第１の樹脂３が回り込むが、後に取出電極１５、１７を挿通させるときに加工すれば良いので、特段の問題にはならない。また、（ｂ）および（ｃ）の第１の樹脂３は、作業性を考慮して、この時点で仮硬化させておいてもよい。続いて、（ｄ）に示すように、（ｂ）と（ｃ）で作製した第１の樹脂３でコーティングされたストリング１３と合成樹脂基板９を重畳する。さらに（ｅ）に示すように、第２の樹脂５をスリットコーターやスクリーン印刷によって塗布し、本発明の太陽電池パネルの基本構造が完成する。その後、図６で示したような端子ボックス（ここでは図示しない）を取り付ける。

図１３、図１４には、特に強度が要求される分野に本発明を適用する場合の、太陽電池パネル構造を示している。図例は、単または複数枚の太陽電池素子１が第１の樹脂３によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂３よりも硬度の大きい第２の樹脂５によって被覆された封入体７が、合成樹脂基板９上に形成され、強度を保持するために反対側の面に第２の合成樹脂基板４３が設けられた太陽電池パネルである。図１３は第２の樹脂５側から、図１４は第１の樹脂３側から、それぞれ光が入射する構造である。このような構造において、合成樹脂基板９、４３としてポリカーボネートを使用すれば、ポリカーボネートによる合せ構造になることから、ガラスに勝る非常に高い機械的強度でかつ軽量の太陽電池パネルを実現することができる。本例でも、合成樹脂基板９の膨張収縮により追随できるよう、配線材１１としてメッシュ状に編んだ銅線を使用することも一考である。

また図１５は、図１３、図１４と同様に２枚の合成樹脂基板９、４３を用いる構造ではあるが、２枚の合成樹脂基板９、４３と第２の樹脂が接している構造である。このような構造を採用することで、硬度の柔らかい第１の樹脂３と合成樹脂基板９、４３が接しないため、剥がし方向に働く外力に対する機械的強度を、より高めることができるのである。すなわち、一般に硬度の大きい樹脂は、それより硬度の小さい樹脂よりも破断強度も高くなるからである。本例でも、合成樹脂基板９、４３の膨張収縮により追随できるよう、配線材１１としてメッシュ状に編んだ銅線を使用することも一考である。

図１６には、本発明の太陽電池の別の製造方法の一例として、図１３の構造の製造方法を示す。図例は、合成樹脂基板４３側（第２の樹脂５側）から光が入射する構造である。同図（ａ）のように、フッ素樹脂など離型効果のあるベルト４１上に複数の単または複数の太陽電池素子１を配線材１１で接続してなるストリング１３を載置し、（ｂ）に示すように、スリットコーターやスクリーン印刷によって第１の樹脂３を塗布する。このとき、取出電極１５、１７は作業性を阻害しないように畳んでおく。一方で、（ｃ）に示すように、合成樹脂基板９上にも第１の樹脂３をスリットコーターやスクリーン印刷によって塗布しておく。このとき、合成樹脂基板９に開設された貫通孔１９内にも第１の樹脂３が回り込むが、後に取出電極１５、１７を挿通させるときに加工すれば良いので、特段の問題にはならない。また、（ｂ）および（ｃ）の第１の樹脂３は、作業性を考慮して、この時点で仮硬化させておいてもよい。続いて、（ｄ）に示すように、（ｂ）と（ｃ）で作製した第１の樹脂３でコーティングされたストリング１３と合成樹脂基板９を重畳する。一方で、（ｅ）に示すように、強度保持のためのもう１枚の合成樹脂基板４３に第２の樹脂５を、スリットコーターやスクリーン印刷によって塗布しておく。そして（ｆ）に示すように、前記（ｄ）における重畳物の上に、（ｅ）において第２の樹脂５を塗布した合成樹脂基板４３を重畳させ、本発明の太陽電池パネルの基本構造が完成する。その後、図６で示したような端子ボックス（ここでは図示しない）を取り付ける。

図１７には、本発明の太陽電池の別の製造方法の一例として、図１４の構造の製造方法を示す。図例は、第１の樹脂３側（合成樹脂基板９側）から光が入射する構造である。同図（ａ）のように、フッ素樹脂など離型効果のあるベルト４１上に複数の単または複数の太陽電池素子１を配線材１１で接続してなるストリング１３を載置し、（ｂ）に示すように、スリットコーターやスクリーン印刷によって第１の樹脂３を塗布する。このとき、取出電極１５、１７は、第１の樹脂３から露出させておく。一方で、（ｃ）に示すように、合成樹脂基板９上にも第１の樹脂３をスリットコーターやスクリーン印刷によって塗布しておく。また、（ｂ）および（ｃ）の第１の樹脂３は、作業性を考慮して、この時点で仮硬化させておいてもよい。続いて、（ｄ）に示すように、（ｂ）と（ｃ）で作製した第１の樹脂３でコーティングされたストリング１３と合成樹脂基板９を重畳する。一方で、（ｅ）に示すように、強度保持のためのもう１枚の合成樹脂基板４３に第２の樹脂５を、スリットコーターやスクリーン印刷によって塗布しておく。このとき、合成樹脂基板４３に開設された貫通孔１９内にも第２の樹脂５が回り込むが、後に取出電極１５、１７を挿通させるときに加工すれば良いので、特段の問題にはならない。そして（ｆ）に示すように、前記（ｄ）における重畳物の上に、（ｅ）において第２の樹脂５を塗布した合成樹脂基板４３を重畳させ、本発明の太陽電池パネルの基本構造が完成する。その後、図６で示したような端子ボックス（ここでは図示しない）を取り付ける。

図１８には、本発明の太陽電池の別の製造方法の一例として、図１５の構造の製造方法を示す。図例では、光は取出電極の反対側から入射する（Ａ）ことを想定して描いている。同図（ａ）のように、フッ素樹脂など離型効果のあるベルト４１上に複数の単または複数の太陽電池素子１を配線材１１で接続してなるストリング１３を載置し、その上からスリットコーターやスクリーン印刷によって第１の樹脂３を塗布して必要に応じて仮硬化させ、それを反転させ、再度同様の方法で第１の樹脂３を塗布し、（ｂ）に示すようにストリング１３を第１の樹脂３によって封入した封入体４５を作製する。この封入体４５の作製とともに、第１の樹脂３は作業性を考慮し、仮硬化させてもよい。一方、（ｃ）と（ｄ）に示すように、２枚の合成樹脂基板９、４３上に第２の樹脂５をスリットコーターやスクリーン印刷によって塗布しておく。このとき、一方の合成樹脂基板９、４３に開設された貫通孔１９内にも第１の樹脂５が回り込むが、後に取出電極１５、１７を挿通させるときに加工すれば良いので、特段の問題にはならない。続いて、（ｂ）で作製した封入体４５を（ｃ）と（ｄ）で作製した第２の樹脂５を塗布した合成樹脂基板９、４３で挟み込み、（ｅ）に示すような、本発明の太陽電池パネルの基本構造が完成する。その後、図６で示したような端子ボックス（ここでは図示しない）を取り付ける。

以上の実施形態では、発電に寄与する光が太陽電池パネルの片方から入射する構造を例に説明してきた。しかしすでに述べたように、本発明では、太陽電池素子として両面発電可能なものを使用することも可能であり、より発明の有効性が高まることになる。両面発電可能な太陽電池素子はいくつかの企業で開発が完了しており、量産品としては、例えば、ＰＶＧ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社製の素子などがあげられる。両面発電可能な太陽電池素子も、基本的には一般的な太陽電池素子と同様のプロセスで生産可能なので、今後は広く普及していくものと思われる。

本発明のすべての実施形態について、合成樹脂基板として透明ポリカーボネート基板など、太陽電池素子として両面発電可能なものを使用しても、その作製手順や本発明の効果は何ら変わるものではない。

以上のように、本発明の太陽電池パネルは、高速道路防音壁、道路標識やソーラー街路灯、その他種々の小型〜中型の太陽電池用途に幅広く応用展開することができ、かつ、白板強化ガラス基板や金型を使用する必要がなく、生産性や材料コストを大幅に低減することができる。したがって、これまで価格や形状設計の自由度の制限から太陽電池が利用できなかった分野にも、幅広く展開することができる。また、貫通孔を設けることによって耐風圧設計が行いやすく、この点でも太陽電池の利用分野を広げることに寄与できるものである。これより、省エネルギーの機運が高まる昨今において、本発明の産業上の利用可能性は非常に大きい。

以下、さらに具体的に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例の内容によって、本発明の技術的範囲が何ら制限されるものではない。

第１の実施例として、１８０ｍｍ×３２０ｍｍ×３ｍｍ厚のポリカーボネート基板と、３１ｍｍ×１５６ｍｍにカットした単結晶太陽電池素子を半田コート銅箔によって７直列に接続したストリングを用い、図１の構造の太陽電池パネルを作製した。第１の樹脂は、水酸基価１６０（ＫＯＨｍｇ／ｇ）のヒマシ油系ポリオールを１００重量部（伊藤製油株式会社製ＵＲＩＣ）、ＮＣＯ含有量１７．１％のヘキサメチレンジイソシアネート誘導体（旭化成株式会社製デユラネートシリーズ）をＮＣＯインデックス（活性水素基当量に対するイソシアネート基当量比）＝１．０５として７４重量部、これに可塑剤と適量の触媒、消泡剤を混合し、真空脱泡したものである。また第２の樹脂は、ポリオールは第１の樹脂と同一配合とし、イソシアネートは、ＮＣＯ含有量２３．１％のヘキサメチレンジイソシアネート誘導体（旭化成株式会社製デユラネートシリーズ）をＮＣＯインデックス＝１．０５として５４重量部、可塑剤の添加を無くすることによって硬度を高くしたものである。硬化条件は７０℃で３０分とし、その後２４時間養生して完全硬化を確認した。このときの第１の樹脂の硬度は、針入度（ＪＩＳＫ２２２０）で４５（ｍｍ／１０）、第２の樹脂の硬度は、ゴム硬度（２５℃）で８５、Ｄ硬度（２５℃）で５５であった。この太陽電池パネルに、８５℃〜−４０℃の温湿度サイクル試験５０サイクルと８５℃８５％の耐湿試験１，０００時間を連続して施した。その結果、ウレタン樹脂が若干黄変したものの、太陽電池パネルとしての電気特性は初期値の９５％以上を維持していた。

第２の実施例として、１８０ｍｍ×３２０ｍｍ×３ｍｍ厚のポリカーボネート基板と、１６ｍｍ×７８ｍｍにカットした単結晶太陽電池素子を半田コート銅箔によって２列構成の３４直列に接続したストリングを用い、図２の構造の太陽電池パネルを作製した。第１の樹脂は、水酸基価１２３（ＫＯＨｍｇ／ｇ）の二重結合を水素添加によって除去されたヒマシ油系ポリオール１００重量部（伊藤製油株式会社製ＵＲＩＣ−Ｙシリーズ）、ＮＣＯ含有量１７．１％のヘキサメチレンジイソシアネート誘導体（旭化成株式会社製デユラネートシリーズ）をＮＣＯインデックス＝１．０５として５７重量部、これに可塑剤と適量の触媒、消泡剤を混合し、真空脱泡したものである。また第２の樹脂は、ポリオールとイソシアネートは第１の樹脂と同一配合とし、可塑剤の添加を無くすることによって硬度を高くした。硬化条件は７０℃で６０分とし、その後２４時間養生し、完全硬化を確認した。このときの第１の樹脂の硬度は、針入度（ＪＩＳＫ２２２０）で４３（ｍｍ／１０）、第２の樹脂の硬度は、ゴム硬度（２５℃）で８７、Ｄ硬度（２５℃）で５５であった。この太陽電池パネルに、８５℃〜−４０℃の温湿度サイクル試験５０サイクルと８５℃８５％の耐湿試験１，０００時間を連続して施した。その結果、ウレタン樹脂の黄変はほとんど見られず、太陽電池パネルとしての電気特性は初期値の９５％以上を維持していた。

第３の実施例として、１８０ｍｍ×３２０ｍｍ×３ｍｍ厚のポリカーボネート基板と、１６ｍｍ×７８ｍｍにカットした単結晶太陽電池素子を半田コート銅箔によって２列構成の３４直列に接続したストリングを用い、図２の構造の太陽電池パネルを作製した。第１の樹脂は、水酸基価４５（ＫＯＨｍｇ／ｇ）の水添液状ゴム１００重量部（出光石油化学株式会社製エポール）、ＮＣＯ含有量１７．１％のヘキサメチレンジイソシアネート誘導体（旭化成株式会社製デユラネートシリーズ）をＮＣＯインデックス＝１．０５として２１重量部、これに可塑剤と適量の触媒、消泡剤を混合し、真空脱泡したものである。また第２の樹脂は、実施例１の第２の樹脂と同一配合とした。硬化条件は７０℃で３０分とし、その後２４時間養生して完全硬化を確認した。このときの第１の樹脂の硬度は、針入度（ＪＩＳＫ２２２０）で５３（ｍｍ／１０）、であった。この太陽電池パネルに、８５℃〜−４０℃の温湿度サイクル試験５０サイクルと８５℃８５％の耐湿試験１，０００時間を連続して施した。その結果、実施例１や実施例２よりもウレタン樹脂の黄変は少なく、太陽電池パネルとしての電気特性は初期値の９５％以上を維持していた。

第４の実施例として、２４０ｍｍ×４５０ｍｍのポリカーボネート基板と、５１ｍｍ×５１ｍｍにカットした単結晶太陽電池素子を半田コート銅箔によって４列構成の３２直列に接続したストリングを用い、図１の構造のソーラー街路灯用太陽電池パネルを作製した。第１の樹脂は、水酸基価４７（ＫＯＨｍｇ／ｇ）で液状ゴム系ポリオール１００重量部（出光石油化学株式会社製ｐｏｌｙ−ｂｄ）、ＮＣＯ含有量１７．１％のヘキサメチレンジイソシアネート誘導体（旭化成株式会社製デユラネートシリーズ）をＮＣＯインデックス＝１．０５として２２重量部、これに可塑剤と適量の触媒、消泡剤を混合し、真空脱泡したものを用いた。また第２の樹脂は、実施例１の第２の樹脂と同一配合とした。硬化条件は８０℃で６０分とし、その後２４時間養生して完全硬化を確認した。このときの第１の樹脂の硬度は、針入度（ＪＩＳＫ２２２０）で５３（ｍｍ／１０）であった。この太陽電池パネルに、８５℃〜−４０℃の温湿度サイクル試験５０サイクルと８５℃８５％の耐湿試験１，０００時間を連続して施した。その結果、ウレタン樹脂の黄変はまったく見られず、太陽電池パネルとしての電気特性は初期値の９５％以上を維持していた。また、１，０００時間の屋外暴露試験でも黄変は見られなかった。

第５の実施例として、２４０ｍｍ×４５０ｍｍの２枚のポリカーボネート基板と、５１ｍｍ×５１ｍｍにカットした単結晶太陽電池素子を半田コート銅箔によって４列構成の３２直列に接続したストリングを用い、実施例１〜実施例４で用いた第１および第２の樹脂によって、図１３〜図１５の構造の太陽電池パネルを作製した。この太陽電池パネルに、８５℃〜−４０℃の温湿度サイクル試験５０サイクルと８５℃８５％の耐湿試験１，０００時間を連続して施した。その結果、ウレタン樹脂の黄変や太陽電池パネルとしての電気特性は、実施例１〜４と同様の結果となった。

第６の実施例として、以上の実施例１〜５の太陽電池パネルとそれぞれ同じ構造と同じウレタン樹脂原料を用い、太陽電池素子の配置を間引き、その間引いた部分に２個ずつの貫通孔を設けた太陽電池パネルを作製し、実施例１〜４で行った温湿度サイクル試験と耐湿試験を行った。なお、貫通孔は、ウレタン樹脂の完全硬化後の後加工として設けた。また、太陽電池パネルでは、発電電力を少しでも高くすることが重要なので、通常は太陽電池素子を間引くことはない。本例では、あくまで実験のために、できるだけ貫通孔を多く設けるとの目的により、間引いているということを補足しておく。前記と同様の信頼性試験を行った結果、初期特性の９５％以上を維持しており、貫通孔の開設部分からの水分浸入など、太陽電池パネルの特性に影響を及ぼす作用は確認されなかった。

１、１０３、２０３ 太陽電池素子
３ 第１の樹脂
５ 第２の樹脂
７ 封入体
９、４３ 合成樹脂基板
１１、１０５、２０１ 配線材
１３、１０７、２０５ ストリング
１５、１７ 取出線
１９ 貫通孔
２１ スペーサー
２３ 取付用孔
２５ 端子ボックス
２７ 太陽電池パネルの貫通孔２７
２９ 取付具
３１ 取付孔
３３ 取付ステー
３５ 開口部
３７ 本発明の太陽電池パネル
３９ 取付金具
４１ 離型効果のあるベルト
１０１ 基材
１０９ ウレタン樹脂
１１１、１１３ 取出電極
２０７ 白板強化ガラス基板
２０９ ＥＶＡ樹脂
２１１ ＰＥＴシート
２１３ アルミニウム製フレーム
２１５ ブチルゴム

Claims (13)

1. 単または複数枚の太陽電池素子が第１の樹脂によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂よりも硬度の大きい第２の樹脂によって被覆された封入体が、合成樹脂基板上に形成されたことを特徴とする太陽電池パネル。
2. 合成樹脂基板側を光入射面とした請求項１記載の太陽電池パネル。
3. 封入体側を光入射面とした請求項１記載の太陽電池パネル。
4. 単または複数枚の太陽電池素子が第１の樹脂によって封入され、少なくともその片面側が第１の樹脂よりも硬度の大きい第２の樹脂によって被覆された封入体によって、２枚の合成樹脂基板が貼り合わされて一体化されたことを特徴とする太陽電池パネル。
5. 第１の樹脂および第２の樹脂がポリウレタン樹脂である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
6. ポリウレタン樹脂が、ヒマシ油系ポリオールを含むものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
7. ポリウレタン樹脂が、液状ゴム系ポリオールを含むものである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
8. ポリウレタン樹脂が、ヘキサメチレンジイソシアネートまたはその誘導体物を含むものである１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
9. ポリウレタン樹脂が、水素添加によって二重結合を含まない構造としたヒマシ油系ポリオールを含むものである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
10. ポリウレタン樹脂が、水素添加によって二重結合を含まない構造とした液状ゴム系ポリオールを含むものである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
11. 第１の樹脂および第２の樹脂がシリコーン樹脂である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
12. 少なくとも太陽電池素子の配列範囲内に、受光面から基材までの複数の貫通孔を設けた、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。
13. 両面発電可能な太陽電池素子を使用する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の太陽電池パネル。

Images