JP2012253183A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線によるバックシートの劣化及び封止樹脂の黄変による出力低下を抑制した太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池セル１を内部に配置した封止材４と、太陽電池セル１の背面側に光を反射させる凹凸部を有するバックシート２と、封止材４とバックシート２の間に、光に含まれる紫外線を吸収する紫外線吸収層３と、を備えることを特徴とする太陽電池モジュール１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線によるバックシートの劣化及び封止材の黄変による出力低下を抑制した太陽電池モジュールに関する。

従来より、太陽電池に用いられる光発電素子（セル）は高価であるため、太陽電池を広く一般に普及させるためにはコストを低減させることが求められている。例えば、特許文献１には高価な光発電素子の使用量を少なくするため、光発電素子をまばらに配置し、光発電素子に直接入射しなかった太陽光を光反射板により光発電素子に導くことで、光を有効に利用しながら低コスト化を図った集光型太陽光発電装置が開示されている。

特開２００１−２１０８４７号公報

しかし、上述した集光型太陽光発電装置にあっては、太陽光に含まれる紫外線により光反射板（バックシート）における絶縁層が破壊されてしまうなど、バックシートが劣化し太陽電池モジュールの性能が低下するおそれがあった。これに対し、太陽電池モジュールの封止材として使用されるＥＶＡ樹脂に、紫外線吸収剤を含有し、バックシートを上記紫外線劣化から保護する構成を備えた太陽電池モジュールがある。

しかし、上記のような太陽電池モジュールにおいては、長期間の紫外線照射により封止材として使用されるエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）樹脂が黄変してしまい、出力が低下するなどの問題を有している。これは、長期間の紫外線照射で発生するラジカルやＥＶＡ架橋剤に含まれるパーオキサイド類により、紫外線吸収剤が化学反応を起こして発色団に変質し、ＥＶＡ樹脂が黄変してしまうためと考えられている。

図９は、ＥＶＡ樹脂に紫外線吸収剤を含有した一般的な太陽電池モジュールと集光型太陽電池モジュールの黄変を示す図であり、図１０は、一般的な太陽電池モジュール及び集光型太陽電池モジュールにおける光透過率とモジュール出力の関係を示す図である。図９及び１０に示すように、一般的な太陽電池モジュールはＥＶＡ樹脂層の厚みが薄く、太陽電池セルの片面側（上面側）での受光であることから、ＥＶＡの黄変による出力低下の影響は小さい。一方、集光型太陽電池モジュールにおいては、ＥＶＡ樹脂層が厚膜（一般的な太陽電池モジュールの約３〜４倍程度）であり、太陽電池セルは両面で受光しているため、ＥＶＡ樹脂で成型した集光部の光透過率の低下が太陽電池セルの出力低下に大きく影響してしまう。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、紫外線によるバックシートの劣化及び封止材の黄変による出力低下を抑制した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池セルを内部に配置した封止材と、太陽電池セルの背面側に光を反射させる凹凸部を有するバックシートと、封止材とバックシートの間に、光に含まれる紫外線を吸収する紫外線吸収層と、を備えた構成を有する。

上記太陽電池モジュールは、封止材とバックシートの間に紫外線を吸収する紫外線吸収層を備える。これにより、バックシートを紫外線劣化から保護することができる。また、封止材中に紫外線吸収剤を含有させる必要がなくなるため、封止材の黄変が生じにくくなり太陽電池セルの出力低下を抑制することができる。

上記太陽電池モジュールにおいては、紫外線吸収層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。紫外線吸収層の厚みが５μｍ以上であれば、紫外線をより十分に吸収することができるため、バックシートを紫外線劣化からより十分に保護することが可能となる。また、紫外線吸収層の厚みが１０μｍ以下であると、紫外線吸収層の配置によるバックシートの光反射率の低下をより抑制することができるため、太陽電池セルの出力低下をより抑制することが可能となる。

また、上記太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルの背面領域における紫外線吸収層は、背面領域以外の紫外線吸収層よりも薄いことが好ましい。太陽電池セルの背面領域におけるバックシートは、光が照射しにくく紫外線劣化が生じにくいことから、光が照射しやすい背面領域以外の紫外線吸収層よりも薄くすることができる。これにより、紫外線吸収層に係るコストを低減することが可能となる。

さらに上記太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セルの背面領域に紫外線吸収層が設けられていないことも好ましい。太陽電池セルの背面領域におけるバックシートは、光が照射しにくく紫外線劣化が生じにくいことから、背面領域に紫外線吸収層を設けないようにすることもできる。これにより、紫外線吸収層に係るコストをさらに低減することが可能となる。

本発明によれば、紫外線によるバックシートの劣化及び封止材の黄変による出力低下を抑制した太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 紫外線吸収層の厚みによる紫外線吸収不可領域を示す図である。 紫外線吸収層の厚みとバックシートの反射率の関係を示す図である。 封止材中のＵＶＡの有無によるバックシートの反射率の違いを示す図である。 太陽電池セルの背面領域に紫外線吸収層を設けない例を（ａ）側面側及び（ｂ）上面側から示す図である。 バックシートの製造における各種工程（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を側面視して示す図である。 太陽電池モジュールの製造工程（ａ）〜（ｄ）を示す図である。 バックシートの形状が異なる太陽電池モジュール（ａ）、（ｂ）を示す図である。 ＥＶＡ樹脂にＵＶＡを含有した一般的な太陽電池モジュールと集光型太陽電池モジュールの黄変を示す図である。 一般的な太陽電池モジュール及び集光型太陽電池モジュールにおける光透過率とモジュール出力の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１は本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュール１０の構成を示す断面図である。図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、太陽電池セル１、バックシート２、紫外線吸収層３、封止材４及びガラス基板５を備えている。太陽電池セル１は、封止材４の内部に配置され、紫外線吸収層３はバックシート２及び封止材４の間に配置されている。

太陽電池セル１は、ガラス基板５が配置された表面側とバックシート２が配置された背面側の双方で受光できる両面入射型のセルであり、単結晶シリコンや多結晶シリコン又はアモルファスシリコン等を用いて形成されている。図１には太陽電池セル１のみを表記しているが、太陽電池モジュール１０内には、このセルと同様のサイズ及び厚みの複数のセルが規則的に配置され電気的に接続されている。

バックシート２は、太陽電池セル１の表面側に直接入射しない低角入射光等を太陽電池セル１の背面側に反射させるために凹凸部を有し、凹部から凸部及び凸部から凹部にかけて反射面が形成されている。バックシート２は、入射する太陽光線等の光を反射させることができるものであれば特に制限されず、例えば図１に示すように、絶縁層である光学ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層２１、Ａｇフィルム層２２、金属支持基板２３、耐加水分解ＰＥＴ層２４及びフッ素コーティング層２５が積層し、一部の層の間に接着層２６が設けられた構成を有することが好ましい。

紫外線吸収層３は、バックシート２上に配置され、紫外線を吸収するために紫外線吸収剤（ＵＶＡ）を含有する。これにより、バックシート２に入射する太陽光線等の光に含まれる紫外線がバックシート２を劣化させることを防止する。紫外線吸収層３は、封止材４とバックシート２の間においてＵＶＡを含有する層として長期間安定的に維持できるものであれば特に制限されないが、封止材４とバックシート２の間に配置されることから、封止材４とバックシート２を接着する接着層から構成されていることが太陽電池モジュール１０の構成上の観点から好ましい。接着層としては例えば、アクリル系、ポリエステル系、スチレン系、ウレタン系、エポキシ系、フェノール系などの接着剤組成物を硬化させたものなどを用いることができ、この中でも特に透明性に優れたアクリル系接着剤組成物を硬化させたものを用いることが好ましい。透明性の高いアクリル系接着剤組成物を硬化させたものを紫外線吸収層３に用いることによって、バックシート２への光透過率及びバックシート２の光反射率が向上し、太陽電池セル１の出力特性も向上する。

アクリル系接着剤組成物を硬化させたものとしては、（メタ）アクリル酸エステル単量体を主成分とし、硬化性官能基を含有する単量体およびその他の共重合可能な単量体からなる共重合体を硬化剤で硬化させたものが好ましい。
（メタ）アクリル酸エステル単量体としては、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ブチルなどが挙げられる。
硬化性官能基を含有する単量体としては、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸３−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシブチル、（メタ）アクリル酸３−ヒドロキシブチル、（メタ）アクリル酸４−ヒドロキシブチルなどのアクリル酸ヒドロキシアルキルエステル；（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミドなどの（メタ）アクリルアミド；（メタ）アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸などのエチレン性不飽和カルボン酸などが挙げられる。
硬化剤としては、ポリイソシアネート化合物、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、金属キレート化合物などが挙げられるが、硬化性に優れるポリイソシアネート化合物が好ましい。

紫外線吸収層３に用いられるＵＶＡとしては、紫外線を吸収する物質であれば特に制限されないが、例えばベンゾフェノンやベンゾトリアゾールなどを用いることができる。本実施形態の紫外線吸収層３に含有されるＵＶＡは、例えば紫外線吸収層３が接着層で構成される場合には、接着剤組成物の主鎖骨格にＵＶＡが結合するため、発生するラジカルやパーオキサイド類からの攻撃を受けにくくなり、劣化しにくくなるという効果を有する。なお、従来のＥＶＡ樹脂に含有されたＵＶＡにおいては、ＵＶＡがＥＶＡ樹脂内において分散状態で存在し、ＥＶＡ樹脂の主鎖骨格に結合されていなかったため、ラジカルやパーオキサイド類からの攻撃を受けやすかったことも。黄変の進行が生じ易かったことの一因であったと考えられる。

紫外線吸収層３の厚みは、５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。図２は、紫外線吸収層の厚みによる紫外線吸収不可領域を示す図である。図２に示すように、紫外線吸収層３の厚みが５μｍ未満であると紫外線吸収不可領域が存在し、紫外線を十分にカットすることができない傾向にある。しかし、紫外線吸収層３の厚みが５μｍ以上であれば、波長３８０ｎｍ以下の紫外線をほほ完全にカットすることができ、バックシート２を紫外線劣化からより十分に保護することが可能となる。

また、図３は、紫外線吸収層の厚みとバックシートの反射率の関係を示す図である。図３に示すように、紫外線吸収層３の厚みが増すに従ってバックシート２の反射率も低下する傾向にある。しかし、紫外線吸収層３の厚みが１０μｍ以下であると、バックシートの反射率を８５％以上に維持することができ、バックシートの反射率の低下をより抑制できる。この結果、太陽電池セルの出力低下をより抑制することが可能となる。紫外線吸収層３の厚みは、より好ましくは５μｍ以上９μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以上８μｍ以下である。

封止材４は、ガラス基板５とバックシート２の間を封止し、内部に配置された太陽電池セル１の位置を安定化及び固定化させる。封止材４としてはガラス基板５とバックシート２の間を封止できるものであれば特に制限されないが、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いることが好ましい。

ガラス基板５は、太陽光線等の光が太陽電池モジュール１０に入射する際に透過する部材であり、一定の厚さ（例えば厚さ３〜４ｍｍ程度）を備えた平坦な板材である。

本実施形態の太陽電池モジュール１０においては、上述のように紫外線吸収層３をバックシート２上に配置しているため、封止材４（例えばＥＶＡ樹脂）にはＵＶＡを含有させなくてもよく、ＵＶＡを含有しないＥＶＡ（ＵＶＡレスＥＶＡ）を封止材４として用いることが好ましい。図４は、封止材中のＵＶＡの有無によるバックシートの反射率の違いを示す図である。図４に示すように、ＵＶＡレスＥＶＡからなる封止材４（Ａ）は、従来のようにＵＶＡを含むＥＶＡ樹脂を用いた場合（Ｂ）と比較して光透過率が向上し、バックシート２における反射率が向上する。この結果、太陽電池セル１の出力特性が向上し、太陽電池モジュール１０のモジュール性能も向上するという効果を有する。

また、本太陽電池モジュール１０においては、太陽電池セル１の背面領域における紫外線吸収層３は、背面領域以外の紫外線吸収層３よりも薄くしてもよい。太陽電池セル１の背面領域におけるバックシート２は、光が照射しにくく紫外線劣化が生じにくいことから、光が照射しやすい背面領域以外の紫外線吸収層３よりも薄くすることができる。具体的には、背面領域における紫外線吸収層３を例えば５μｍと薄膜にし、背面領域以外のセルとセルの間の紫外線吸収層３を例えば７μｍと厚膜にするなど、紫外線吸収層３の設計自由度も大きくすることができる。これにより、紫外線吸収層に係るコストを低減することも可能となる。

図５は、太陽電池セルの背面領域に紫外線吸収層を設けていない例を示す図であり、図５（ａ）は側面側から、図５（ｂ）は上面側から紫外線吸収層の配置を示したものである。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、紫外線劣化が激しい領域に紫外線吸収層３を選択的に配置し、光が照射しにくく紫外線劣化が生じにくい太陽電池セル１の背面領域には紫外線吸収層３を設けなくてもよい。このように、紫外線劣化が激しい領域にのみ紫外線吸収層３を配置し、紫外線劣化が生じにくい領域には配置しないことによって、バックシートの紫外線劣化を防止しつつ、紫外線吸収層に係るコストをさらに低減することが可能となる。

以上、本実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池セルを内部に配置した封止材と、太陽電池セルの背面側に光を反射させる凹凸部を有するバックシートと、封止材とバックシートの間に、光に含まれる紫外線を吸収する紫外線吸収層と、を備えた構成を有することによって、紫外線によるバックシートの劣化及び封止材の黄変による出力低下を抑制することが可能となる。

次に、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０のバックシート２の製造手順を説明し、続いて、太陽電池モジュール１０の製造手順について説明する。図６は、バックシート２の製造工程を模式的に示す工程図である。バックシート２を製造するにあたっては、図６（ａ）に示すプレス加工によって凹凸成型を行う製法、（ｂ）に示すギアロール加工によって凹凸成型を行う製法、あるいは（ｃ）に示すベンダー加工によるって凹凸成型を行う製法などが用いられる。

図６（ａ）に示すプレス加工によって凹凸成型を行う製法では、まず、ロール材料が巻き付けられたロール４１からバックシート母材４２を巻き出す。バックシート母材４２は、バックシート２を構成する光学ＰＥＴ層２１、Ａｇフィルム層２２、金属支持基板２３、および耐加水分解ＰＥＴ層２４及びフッ素コーティング層２５を形成する素材が、それぞれこの順で積層されている。

ロール４１から巻き出されたバックシート母材４２は、カッタ４３によって所定の大きさに切断される。続いて、所定の大きさに切断されたバックシート母材４２に対してプレス機４４によってプレス加工を施す。プレス機４４には、バックシート２における山型と同様の凹凸が付与されている。このプレス機４４によって切断されたバックシート母材４２にプレス加工を施すことにより、所定の大きさのバックシート２が製造される。

また、図６（ｂ）に示すギアロール加工によって凹凸成型を行う製法では、まず、ロール部材が巻き付けられたロール４１からバックシート母材４２を巻き出す。この工程は、プレス加工によって凹凸成型を行う製法と同様である。次に、巻き出したバックシート母材４２をギアロール４５に通過させる。ギアロール４５には、バックシート２における山型と同様の凹凸を付与する突起が形成されている。

バックシート母材４２は、ギアロール４５を通過することにより、凹凸が付与される。凹凸が付与されたバックシート母材４２は、ギアロール４５から送り出された後、カッタ４３によって所定の大きさに切断される。こうして、所定の大きさのバックシート２が製造される。

さらに、図６（ｃ）に示すベンダー加工によって凹凸成型を行う製法では、まず、所定の大きさに切断されたバックシート母材４２を用意する。次に、所定の大きさに切断されたバックシート母材４２に対して、プレスブレーキ４６によって凹凸成型を行う。こうして、所定の大きさのバックシート２が製造される。

続いて、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０の製造手順について簡単に説明する。図７は、太陽電池モジュールの製造工程を側面視して示す工程図である。図７に示すように、太陽電池モジュール１０を製造する際には、まず、第１レイアップ行程が行われる。この第１レイアップ行程では、図７（ａ）に示すように、凹凸付与治具１００を用いる。凹凸付与治具１００は、上方が開口した箱型の箱部材５１を備えている。箱部材５１の底板における表面側には、バックシート２の裏面側における山型に沿った凹凸を有する凹凸形状が形成されている。

この凹凸付与治具１００の箱部材５１に対して、バックシート２が挿入され、箱部材５１における凹凸形状に対してバックシート２の裏面の山型が沿うようにバックシート２が配置される。バックシート２が配置されたら、バックシート２の上側からバックシート２に沿って所定の厚みになるようにＵＶＡを含有した接着剤組成物層３が設けられる。次に、接着剤組成物層３の上側からＥＶＡ樹脂からなるＥＶＡシート４が載置され、ＥＶＡシート４の上方から箱部材５１の上方開口部を蓋部材５３で閉口される。蓋部材５３で箱部材５１の上方開口部を閉口されることにより、バックシート２、接着剤組成物層３及びＥＶＡシート４が挟み込まれる。このようにして、第１レイアップ行程が終了する。

第１レイアップ行程に続いて、プリフォーム行程が行われる。プリフォーム行程では、図７（ｂ）に示すように、太陽電池用ラミネータ機２００に凹凸付与治具１００が挿入される。太陽電池用ラミネータ機２００は、本体部６１を備えており、凹凸付与治具１００はこの本体部６１に挿入される。凹凸付与治具１００を挿入後、凹凸付与治具１００における蓋部材５３の上方にラバーヒータ６２が載置される。また、本体部６１の底部には、熱板６３が敷設されており、凹凸付与治具１００は、熱板６３の上に載置されている。また、ラバーヒータ６２の上方には、ダイヤフラム６４が設けられている。その後、太陽電池用ラミネータ機２００内は密閉状態にされる。

この密閉状態の太陽電池用ラミネータ機２００に凹凸付与治具１００が収容された後、ラバーヒータ６２によって凹凸付与治具１００が加熱される。このラバーヒータ６２が加熱されることにより、凹凸付与治具１００内における接着剤組成物層３は硬化を開始し、ＥＶＡシート４は軟化する。それから、ダイヤフラム６４を下降させて凹凸付与治具１００内の各層に圧力が付与される。

ダイヤフラム６４によって圧力が付与された状態を所定時間保持されることにより、バックシート２、接着剤組成物層３及びＥＶＡシート４が圧接される。所定時間が経過した後、ダイヤフラム６４による凹凸付与治具１００に対する圧力の付与は解放される。このようにして、プリフォーム行程が終了する。

プリフォーム行程が終了したら、第２レイアップ行程が行われる。第２レイアップ行程が行われる際には、図７（ｃ）に示すように、凹凸付与治具１００における箱部材５１に収容されたバックシート２に、接着剤組成物層３が硬化した紫外線吸収層３及びＥＶＡシート４が溶融したＥＶＡ樹脂層４Ａが積層された状態となっており、バックシート２とＥＶＡ樹脂層４Ａは紫外線吸収層３により接着されている。この上方から、略等間隔で配置された複数の太陽電池セル１これらの太陽電池セル１を接続するおよびセルストリングス１Ａが載置される。

さらにその上方にＥＶＡシート４が載置される。このＥＶＡシート４は、バックシート２の上方に載置されたＥＶＡシート４と同様のものである。さらにその上方にガラス部材５Ａが載置される。ガラス部材５Ａは、太陽電池モジュール１０における前面基板となるものである。これらの各部材を積層した積層体が形成され、第２レイアップ行程が終了する。

第２レイアップ行程が終了したら、本ラミネート行程が行われる。本ラミネート行程を行う際には、図７（ｄ）に示すように、太陽電池用ラミネータ機２００が用いられる。本ラミネート行程では、第２レイアップ行程で形成した積層体が太陽電池用ラミネータ機２００の本体部６１に挿入される。

太陽電池用ラミネータ機２００に挿入された積層体は、熱板６３上に載置される。それから、ガラス部材５Ａの上方にラバーヒータ６２が配置され、さらにその上方にダイヤフラム６４が配置される。そして、ダイヤフラム６４を下降させて、太陽電池用ラミネータ機２００内における積層体に圧力が付与され、各層が圧接される。こうして、図１に示す太陽電池モジュール１０が製造される。

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、上記実施形態においては、図８（ａ）に示す太陽電池モジュール１０Ａのように、裏面側が、複数の山形が連続する形状をなしている。これに対して、たとえば、図８（ｂ）に示すように、裏面側が、複数の台形が連続する形状をなす太陽電池モジュール１０Ｂとすることもできる。あるいは、山型や台形とすることなく、平面状のものとすることもできる。

１…太陽電池セル、２…バックシート、３…紫外線吸収層、４…封止材、５…ガラス基板、１０，１０Ａ，１０Ｂ…太陽電池モジュール、２１…光学ＰＥＴ層、２２…Ａｇフィルム層、２３…金属支持基板、２４…耐加水分解ＰＥＴ層、２５…フッ素コーティング層、１００…凹凸付与治具、２００…太陽電池用ラミネータ機。

Claims (4)

1. 太陽電池セルを内部に配置した封止材と、
   前記太陽電池セルの背面側に光を反射させる凹凸部を有するバックシートと、
   前記封止材と前記バックシートの間に、前記光に含まれる紫外線を吸収する紫外線吸収層と、
   を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記紫外線吸収層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記太陽電池セルの背面領域における前記紫外線吸収層は、前記背面領域以外の紫外線吸収層よりも薄い、請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池セルの背面領域に前記紫外線吸収層が設けられていない、請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。