JP2012204533A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 の発明は、裏面保護部材にガラス板を用いた場合にも、改善された歩留りで太陽電池モジュールを製造することができる製造方法を提供する。
【解決手段】 透光性表面保護部材12と裏面ガラス13との間に、複数の太陽電池11が封止材14により封止され、太陽電池11の出力を取り出すための出力配線20を裏面ガラス13に設けた開口部13aを介して取り出される出力配線20を有する太陽電池モジュール10であって、開口部13aを含め裏面ガラス13と出力配線20との間に配置される樹脂シート14と、この樹脂シート14とは所定距離離間して配置される2つの応力緩和用樹脂シート14、14と、を有する。
【選択図】 図2

Description

この発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関するものである。
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。
一般に、太陽電池1枚当たりの出力は数W程度である。このため、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池がその表裏面の電極に電気的に接続された配線部材により直列又は並列に接続された構造を有している。
上記した太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を配線部材で接続したものを、透光性部材からなる表面保護部材と裏面保護部材との間に配設し、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)などを主成分とする樹脂で封止することで、耐候性や耐衝撃性を高め、屋外で実用的な電気出力を取り出すことができるように構成されている。
また、耐候性の向上や裏面側からの光の入射を図るために、裏面保護部材に可撓性板ガラスを用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)
上記した太陽電池モジュールは、裏面側に太陽電池の出力を取り出すための端子ボックスが設けられている場合が多い。裏面側に端子ボックスを設けた太陽電池モジュールにおいては、太陽電池の出力を裏面側に取り出すために、裏面保護部材に開口部を設け、この開口部から出力用の配線を取り出している。端子ボックスには、外部に電力を出力する出力ケーブルと接続される端子部が設けられている。この端子部に太陽電池モジュール内から取り出された出力配線が半田付けにより接続される。
特開2001−244486号公報
このような太陽電池ジュールを製造するにあたっては、良好な歩留りで製造できる方法が望まれている。
この発明は、裏面保護部材にガラス板を用いた場合にも、改善された歩留りで太陽電池モジュールを製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
この発明は、透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出される配線を有する太陽電池モジュールであって、前記開口部を含め裏面保護部材と前記配線との間に配置される樹脂シートと、この樹脂シートとは所定距離離間して配置される2つ以上の応力緩和用樹脂シートと、を有する。
この発明は、樹脂シートを分散させて配置することで、広い領域で応力を受けることになり、応力集中による裏面保護部材の亀裂を防ぐことができる。また、裏面保護部材の開口部部分は、樹脂シートで覆われているので、開口部からの水分の浸透も防ぐことができる。
この発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの概略断面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの端子ボックス部分を示す模式的断面図である。 この発明の実施形態の太陽電池モジュールの出力配線部分を示す平面図である。 この発明の実施形態のラミネート前の出力配線の取り出し部分を示す部分断面図である。 この発明の実施形態の太陽電池モジュールに、樹脂シートと応力緩和用樹脂シートを配した状態を示す模式的平面図である。 この発明の実施形態の太陽電池モジュールに、樹脂シートと応力緩和用樹脂シートを配した状態を示す模式的平面図である。 この発明の実施形態の太陽電池モジュールにおいて、裏面保護部材にかかる応力の領域を示す模式的平面図である。 太陽電池モジュールを製造する製造装置の概略構成図である。 この発明の実施形態の太陽電池モジュールの出力配線部分を示す模式的断面図である。 この発明の他の実施形態の太陽電池モジュールにおける樹脂シートを示す模式的平面図である。
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
この発明の実施形態に係る太陽電池モジュール10の概略構成について、図1を参照しながら説明する。
図1に示されるように、太陽電池モジュール10は、太陽電池11、表面保護部材12、裏面保護部材としての裏面ガラス13及び封止部材14を備える。太陽電池モジュール10は、表面保護部材12と裏面ガラス13との間に、複数の太陽電池11を封止することにより構成される。
複数の太陽電池11は配線部材16によって互いに電気的に接続される。太陽電池11と配線部材16との接続は、半田または樹脂接着剤を用いて接続される。
一の方向に配列され、配線材16により電気的に接続された複数の太陽電池11…は、1単位ユニットであるストリングを構成している。これらストリング間は接続用配線、いわゆる渡り配線により接続されている。渡り配線の一部は、外部に電気を出力するための出力配線20と接続される。
太陽電池11は、例えば、厚みが0.15mm程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンなどで構成される結晶系半導体からなり、1辺が125mmの略正方形状を有するが、これに限るものではなく、他の太陽電池を用いても良い。
この太陽電池11は、例えば、n型領域とp型領域を有し、n型領域とp型領域との界面部分でキャリア分離用の電界を形成するための接合部が形成されている。
配線部材16は、太陽電池11の電極と、この太陽電池11に隣接する他の太陽電池11の電極とに接続される。これにより、隣接する太陽電池11、11間は電気的に接続される。例えば、配線部材16は、薄板状の銅箔と、銅箔の表面にメッキされた半田とを含む。
配線部材16と太陽電池11とを半田で接続させる場合には、配線部材16の表面にメッキされた半田を溶融させて、太陽電池11の電極と接続させる。なお、太陽電池11と配線部材16との接続は、半田を用いた接続以外に、樹脂接着剤を用いて接続することも可能である。樹脂接着剤としては、異方導電性を有する樹脂接着剤が好適に用いられる。
表面保護部材12は、封止部材14の受光面側に配置されており、太陽電池モジュール10の表面を保護する。この実施形態においては、表面保護部材12は、透光性を有する強化ガラスで、その板厚は3.0mm〜3.2mm程度である。尚、表面保護部材12は、強化ガラスに限らず、透光性プラスチック等を用いることができる。
裏面ガラス13は、封止部材14の裏面側に配置されており、太陽電池モジュール10の背面を保護する。この実施形態においては、裏面ガラス13は、板厚1.0mm以上4.0mm以下の未強化のガラス板が用いられ、耐候性を有するように構成している。裏面ガラス13は、透光性であっても良いし、非透光性であっても良い。また、裏面ガラス13は強化ガラスであっても良い。この場合には、裏面ガラス13の厚みをさらに小さくすることができる。裏面ガラス13の表面には、端子ボックス40が取り付けられる。以下の実施形態では、板厚2.0mmの未強化の板ガラスを用いている。
封止部材14は、表面保護部材12と裏面ガラス13との間で太陽電池11を封止する。表面保護部材12と太陽電池11との間に配される封止部材14は透光性を有する。封止部材14としては、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリオレフィン、環状ポリエチレン、アイオノマー、ポリアクリル酸系ポリマー又はこれらを複数種類重合させたコポリマーの中から選択される。この実施形態では、EVA樹脂を用いている。
配線部材16は、太陽電池モジュール外部に出力を取り出す出力配線20と直接または渡り配線21を介して接続される。この出力配線20は、裏面ガラス13に設けられた開口部13aから太陽電池モジュール10の外部に引き出される。
開口部13aを含め裏面ガラス13と出力配線20との間には、樹脂シート14が配され、開口部13aを被覆している。この樹脂シート14は、水分浸透を防止する樹脂シートであり、この実施形態では、PET(Polyethylene Terephthalate)の表面にEVA等の接着層が設けられている。さらに、この発明においては、後述するように、樹脂シート14と同じ面積、同じ厚さの応力緩和用樹脂シート14、14が樹脂シート14とは所定距離離間して配置されている。
なお、以上のような構成を有する太陽電池モジュール10の外周には、Al(アルミニウム)フレーム(図示しない)を取り付けることができる。
図2及び図3に示されるように、配線部材16は、太陽電池モジュール外部に出力を取り出す出力配線20と直接または渡り配線21を介して接続される。出力配線20は、太陽電池11からの電気出力を外部に取出すもので、端子ボックス40内の端子と接続される。出力配線20は、通常、厚さ0.1mm〜0.3mm程度、幅6mmの銅箔にその全面を半田コートしたものを所定の長さに切断し、配線部材16または渡り配線21に半田付けされている。また、出力配線20の表面は、絶縁性フィルム等の絶縁部材によって被覆されている。
裏面ガラス13には、出力配線20を取り出すために、開口部13aが設けられている。また、裏面側の封止部材14を構成するシート部材14bも後述するように、出力配線20を取り出すスリット14hが設けられている。
裏面ガラス13の開口部13aを覆うように、シリコーン樹脂などの接着剤50で端子ボックス40が取り付けられる。開口部13aから取り出された出力配線20が端子ボックス40内の端子部40bと接続され、外部の出力ケーブル(図示しない)と接続される。
出力配線20の太陽電池モジュールからの取り出しについて、図3ないし図7を参照して説明する。
図3に示されるように、本実施形態では6個のストリングを渡り配線21を用いて直列に接続している。一番左端のストリングの渡り配線21と接続された出力配線20が裏面ガラス13の開口部13aから引き出される。左から2番目と3番目のストリングが渡り配線21で接続され、渡り配線21と接続された出力配線20が裏面ガラス13の開口部13aから引き出される。
また、一番右端のストリングの渡り配線21と接続された出力配線20が、裏面ガラス13の開口部13aから引き出される。そして、右から2番目と3番目のストリングが渡り配線21で接続され、渡り配線21と接続された出力線20が裏面ガラス13の開口部13aから引き出される。
このようにして、6個のストリングから4本の出力配線20…として裏面ガラス13の開口部13aから引き出され、そして、端子ボックス40の所定の端子部40bに、後述する方法により半田付けを行って接続し太陽電池モジュールが構成されている。
開口部13aから導出される出力配線20は、この実施形態においては、4本ある。このため、端子ボックス40の端子部40bには、4つの端子板(図示せず)が設けられ、それぞれ該当する出力端子20…が半田によって接続される。端子ボックス40の端子間には逆流防止ダイオードが接続されている。
図4に示されるように、太陽電池モジュール10を製造するにあたっては、下側から表面保護部材12、表面側のEVAシート14a(封止部材)、配線部材16により接続された複数の太陽電池11…、EVAシート14b(封止部材)、出力配線20と裏面ガラス23との間に配されるEVAを両面に被着した樹脂シート14、樹脂シート14と所定距離離間して配置された応力緩和用樹脂シート14(14)、裏面ガラス13をこの順序で積み重ねる。出力配線20は、EVAシート14bのスリット14h、樹脂シート14のスリット14hを通り、裏面ガラス13の開口部13aから引き出されている。
EVAシート14bのスリット14h、樹脂シート14のスリット14hは、出力配線20の厚さより僅かに広い幅を有し、複数の出力配線20…が挿入される長さを有している。このスリット14hに出力配線20を挿入することで、その間隔並びに長さなどを規定することができる。また、この樹脂シート14のスリット14hから水分の浸透が殆どないように、ラミネート後は、スリット14hは殆ど閉塞される。このように配置された部材をラミネート装置でラミネートする。
図5及び図6を参照して、樹脂シート14と応力緩和用樹脂シート14、14の配置につき説明する。この実施形態では、3つの樹脂シート14、14、14を裏面ガラス13側に配されるEVAシート14b上に、所定の間隔距離で設置される。
まず、樹脂シート14は、裏面ガラス13に設けられた開口部13aを閉塞し、EVAシート14bのスリット14hから引き出された出力配線20を覆うように配置される。出力配線20は、樹脂シート14のスリット14hから引き出されている。この実施形態においては、樹脂シート14は、130mm×150mmの矩形であり、厚さは0.2mmのPETシートである。この樹脂シート14は、裏面ガラス13の一方の端部から30mmの位置から裏面ガラス13の開口部13aの方向に向かって配置される。尚、このシートの両表面には、EVA等の接着層が被覆されている。
そして、樹脂シート14と同じ構造の130mm×150mmの応力緩和用樹脂シート14、14をこの樹脂シート14に対して対称の位置に配置する。これら樹脂シート14、14はそれぞれ樹脂シート14に対して150mm、裏面ガラス13の一方の端部から他方の端部側へ離れる方向(図中下方向)に、また、側面側へ45mmそれぞれ離れた位置に配置される。樹脂シート14、14は、樹脂シート14と同じ厚みであれば良く、樹脂シート141と同じ構造のものでもEVA樹脂シートで構成したものでも良い。応力緩和を考えると、樹脂シート14と同じ構造のものが好ましい。但し、EVA樹脂自体で構成したものも同じ厚みであれば同様の応力緩和は得られる。
これら樹脂シート14、14、14の単純な面積は585cmであるが、裏面ガラス13側から押圧されたときに、裏面ガラス13に均等に応力がかかる領域は図7のハッチングで示した領域Sとなる。この領域Sの面積は、1668cmとなる。3つの樹脂シート14、14、14を分散させて配置することで、広い領域で応力を受けることになり、応力集中による裏面ガラス13の亀裂を防ぐことができる。この実施形態では、厚さ2.0mmの未強化のガラス板を用いて、後述の方法でラミネートした結果、ガラス板への亀裂の発生を防ぐことができた。
また、上記のような樹脂シート14、14、14を用いずに太陽電池モジュールを製造したところ、ラミネート処理時の上記局所的応力により、樹脂シート形状に沿って板ガラスに亀裂が発生する場合があった。
このように、この実施形態では、樹脂シートの材料を少なくして、応力緩和を図ることができ、未強化の板ガラスを裏面ガラス13に用いた太陽電池モジュールを亀裂なく得ることができる。また、裏面ガラス13の開口部13a部分には、樹脂シート14で覆われているので、開口部13a部分からの水分の浸透も防ぐことができる。また、裏面ガラス13に厚い強化ガラスを用いた場合には、応力緩和用樹脂シートを用いなくてもガラスに亀裂が発生することを防止できる。しかし、この場合には、集中した応力は、太陽電池11側へ加わることになり、太陽電池11に障害が生じる虞がある。このような場合においても応力緩和用樹脂シートを配置することで、応力集中が緩和され、太陽電池11に応力が集中することが抑制できる。
図2に示されるように、ラミネート後は、裏面ガラス13の開口部13aを閉塞するように、端子ボックス40の底部40aがシリコーン樹脂50などにより接着される。そして、端子ボックス40内の端子部40bの所定の端子板に、出力配線20が半田付けされる。そして、図示はしないが端子ボックス40のケース上蓋を底部40aに取り付けて太陽電池モジュール10が構成される。
次に、上記太陽電池モジュール10の製造方法について、図2ないし図9を参照して説明する。図8に示されるように、太陽電池モジュール10を製造する製造装置は、下側ハウジング200とこの下側ハウジングに気密に結合される上側ハウジング202とを備える。下側ハウジング200の上部開口部には、略面一の状態でヒータプレート201が配置される。この上側ハウジング202には、下側ハウジング200の開口部に対向する側にゴム製のダイアフラム203が設けられている。下側ハウジング200と上側ハウジング202の周縁部には、両者を結合した時の気密状態を保持するためのパッキン204が全周に渡って取り付けられている。更に、下側ハウジング200には、図示はしないが真空ポンプが接続されている。
そして、太陽電池モジュール10を製造するにあたっては、まず、製造装置のヒータプレート201上に、下側から表面保護部材12、表面側のEVAシート14a(封止部材)、配線部材16により接続された複数の太陽電池11…、EVAシート14b(封止部材)、樹脂シート14、樹脂シート14と所定距離離間して配置された応力緩和用樹脂シート14、14、裏面ガラス13をこの順序で積み重ねる。出力配線20は、EVAシート14bのスリット14h、樹脂シート14のスリット14hを通り、裏面ガラス13の開口部13aから引き出されて所定の位置に位置決めされて仮保持されている。
上記のようにヒータプレート201上に各構成部品を積み合わせた後、下側ハウジング200と上側ハウジング202とを結合させる。その後、下側ハウジング200を図示しない真空ポンプにより排気する。この時ヒータプレート201を約130℃〜200℃に加熱する。この状態で、ダイアフラム203がヒータプレート201上に載置された太陽電池モジュール10側に約1気圧の圧力で押し付けられる。そして、EVAシート14a、14bがゲル状化し、所定のEVA層(封止層)14を構成する。
これにより、太陽電池11…が表面側の表面保護部材12と裏面側の裏面ガラス13との間に挟まれた状態でEVA層(封止層)14内に封止される。裏面ガラス13に均等に応力がかかる領域は図7のハッチングで示した領域Sとなる。この領域Sの面積は、1668cmとなる。3つの樹脂シート14、14、14を分散させて配置することで、広い領域で応力を受けることになり、応力集中による裏面ガラス13の亀裂を防ぐことができる。この結果、製造歩留まりが改善される。ラミネートが終了すると、図8に示されるように表面保護部材12と裏面ガラス13との間に太陽電池11が封止材14で封止されている。裏面ガラス13の開口部13aは、樹脂シート14で覆われているので、開口部13a部分からの水分の浸透も防ぐことができる。
その後、端子ボックス40の底部40aに設けた開口部40hに裏面ガラス13の開口部13aから引き出された出力配線20を挿入し、そして裏面ガラス13の開口部13aを閉塞するようにして、端子ボックス40の底部40aが裏面ガラス13にシリコーン樹脂からなる接着剤50により取り付けられる。
しかる後、図2に示されるように、端子ボックス40内の端子部40bの所定の端子板にそれぞれ出力配線20が半田ごてを用いて接続される。
そして、半田付けの作業が終了した後、端子ボックス40のケース上蓋(図示しない)を底部40aに取り付けて太陽電池モジュール10が構成される。
上記した実施形態においては、3つの樹脂シートを配置したが、図10に示す他の実施形態のように、封止樹脂シート14bより小さく局所的な応力を緩和できる大きさより大きい面積を有する1枚の樹脂シート140を裏面ガラス13の開口部13aの位置に配置しても良い。第1の実施形態と同じ構成のものであれば、1668cmの台形形状の樹脂シート140を用いればよい。尚、図10中、破線で示した14、14、14が前述の実施形態の樹脂シートに相当する面積部分である。この樹脂シート140もPETシートの両面にEVA等の接着層を設けると良い。この実施形態では、材料が前述した実施形態より多く必要になるが、位置決め作業が容易になるという利点がある。
尚、この実施形態では、裏面保護部材として、薄板ガラスを用いたが、これに限らず、透光性プラスチック等を用いることができる。
また、上記した実施形態においては、PETシートを用いたが、EVAシートだけを用いても良い。EVAシートの場合には、PETシートより水分浸透を防止する効果は低減するが、出力配線20を確実に裏面ガラス13との間に接着させることができ、出力配線20が強固に保持されることになる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、この発明に係る太陽電池は、両面受光型の太陽電池でも良いし、片面受光型の太陽電池であっても良い。また、裏面接合型の太陽電池であっても良い。さらに、この発明は、結晶系太陽電池モジュールに限らず、薄膜系の太陽電池モジュールにも適用することができる。また、この発明における出力配線は、少なくとも正負の取出し用の配線を含むものであれば良い。このように、この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 太陽電池モジュール
11 太陽電池
12 表面保護部材
13 裏面ガラス
14 封止材
14 樹脂シート
14、14 応力緩和用樹脂シート
16 配線材
20 出力配線
40 端子ボックス
40b 端子部

Claims (11)

  1. 透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出される配線を有する太陽電池モジュールであって、前記開口部を含め裏面保護部材と前記配線との間に配置される樹脂シートと、この樹脂シートとは所定距離離間して配置される2つ以上の応力緩和用樹脂シートと、を有する、太陽電池モジュール。
  2. 前記応力緩和用樹脂シートは、前記樹脂シートに対して対称の位置に配置される、請求項1に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記樹脂シートは、水分浸透防止用樹脂シートである、請求項1または請求項2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記樹脂シートは、水分浸透防止用樹脂シートの表面に接着層が設けられている、請求項3に記載の太陽電池モジュール。
  5. 透光性表面保護部材と裏面保護部材との間に、複数の太陽電池が封止材により封止され、前記裏面保護部材に設けた開口部を介して取り出す配線を有する太陽電池モジュールであって、前記開口部を含め裏面保護部材と前記配線との間に、封止材より小さく局所的な応力を緩和できる大きさより大きい面積を有する樹脂材を有する、太陽電池モジュール。
  6. 前記裏面保護部材は、未強化の板ガラスである、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
  7. 下側から表面保護部材、表面側の封止樹脂シート、配線部材により接続された複数の太陽電池、裏面側の封止樹脂シート、開口部を含め裏面保護部材と太陽電池と接続された出力配線との間に配置される樹脂シート、この樹脂シートとは所定距離離間して配置される2つ以上の応力緩和用樹脂シート、太陽電池と接続された出力配線が開口部に挿入される裏面保護部材をこの順序で配置し、加熱しながら加圧し、前記封止樹脂シートを溶融して一体化し、前記太陽電池を前記表面保護部材と裏面保護部材との間に挟まれた状態で封止する、太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 前記裏面保護部材は、未強化の板ガラスである、請求項7に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  9. 前記応力緩和用樹脂シートは、前記樹脂シートに対して対称の位置に配置される、請求項7または請求項8に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  10. 前記樹脂シートは、水分浸透防止用樹脂シートである、請求項7ないし請求項9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。
  11. 前記樹脂シートは、水分浸透防止用樹脂シートの表面に接着層が設けられている、請求10に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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