JP2013089666A - Photoelectric conversion module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光電変換モジュールに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion module.
近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目を集めている。 In recent years, photovoltaic power generation that converts light energy into electric energy has attracted attention as energy problems and environmental problems become more serious.
この太陽光発電に使用される光電変換モジュールでは、該光電変換モジュールに設けられた光電変換部から得られた電気がリード線等の配線導体で取り出される。この配線導体は、光電変換モジュールの非受光面に配置された端子ボックスの内部に導出されている(例えば、特許文献1参照)。このような光電変換モジュールでは、端子ボックスを介して、光電変換モジュールで発電した電気出力が外部の回路等に導出される。 In the photoelectric conversion module used for this photovoltaic power generation, electricity obtained from the photoelectric conversion unit provided in the photoelectric conversion module is taken out by a wiring conductor such as a lead wire. This wiring conductor is led out inside a terminal box disposed on the non-light-receiving surface of the photoelectric conversion module (see, for example, Patent Document 1). In such a photoelectric conversion module, the electrical output generated by the photoelectric conversion module is led to an external circuit or the like via the terminal box.
光電変換モジュールは、長期間にわたって屋外に設置した場合、外部から水分が光電変換モジュールの内部に浸入し、光電変換部等の部材を変質させ、光電変換モジュールの出力低下が発生する場合があった。 When the photoelectric conversion module is installed outdoors for a long period of time, moisture may enter the inside of the photoelectric conversion module from the outside, altering the members such as the photoelectric conversion unit, and the output of the photoelectric conversion module may be reduced. .
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は光電変換部への水分の浸入を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable photoelectric conversion module that reduces moisture permeation into the photoelectric conversion unit.
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、基板と、該基板上に設けられた光電変換体と、前記基板上において前記光電変換体から離れた部位に位置する、前記光電変換体で生じた電気出力を外部に取り出すための配線導体と、前記光電変換体を封止する封止材と、前記光電変換体および前記配線導体の間に介在する、前記封止材よりも透湿性の低い低透湿部材とを具備することを特徴とする。 A photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention occurs in the photoelectric conversion body that is located on a substrate, a photoelectric conversion body provided on the substrate, and a part of the substrate that is away from the photoelectric conversion body. A wiring conductor for taking out the electrical output, a sealing material for sealing the photoelectric conversion body, and a moisture permeability lower than the sealing material interposed between the photoelectric conversion body and the wiring conductor. A low moisture-permeable member.
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールによれば、光電変換モジュールの信頼性が向上する。 According to the photoelectric conversion module according to the embodiment of the present invention, the reliability of the photoelectric conversion module is improved.
以下に本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<光電変換モジュールの構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールの一例を示す要部拡大斜視図であり、図2はそのX−Z断面図である。また、図3は図1の光電変換モジュールの全体を示す斜視図であり、図4はその裏面側から見た斜視図である。なお、図1、3、4では、光電変換部の様子が良く見えるように、封止材およびカバー部材が省略されている。光電変換モジュール100は、基板1上に光電変換部11と一対の引き出し配線部12とを具備している。
<Configuration of photoelectric conversion module>
FIG. 1 is an essential part enlarged perspective view showing an example of a photoelectric conversion module according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an XZ sectional view thereof. 3 is a perspective view showing the entire photoelectric conversion module of FIG. 1, and FIG. 4 is a perspective view seen from the back side. 1, 3, and 4, the sealing material and the cover member are omitted so that the state of the photoelectric conversion unit can be seen well. The
光電変換部11はX軸方向に沿って並んだ複数の光電変換セル10を具備している。光電変換セル10は、下部電極層2と、第1の導電型を有する第1の半導体層3と、第1の導電型とは異なる第2の導電型を有する第2の半導体層4と、上部電極層5とが順に積層されている。例えば、第1の導電型がp型であれば第2の導電型はn型であり、その逆の関係であってもよい。図2では、第1の半導体層3aおよび第2の半導体層4aは、下部電極層2a上から下部電極層2b上にかけて設けられている。同様に、第1の半導体層3bおよび第2の半導体層4bは、下部電極層2b上から下部電極層2c上にかけて設けられており、第1の半導体層3cおよび第2の半導体層4cは、下部電極層2c上から下部電極層2d上にかけて設けられている。第1の半導体層3a〜3cと、それらの上に積層された第2の半導体層4a〜4cとで光電変換体La〜Lcを構成しており、この光電変換体La〜Lcに光が照射されることによって、キャリアが発生するとともにキャリア分離が良好に行なわれる。光電変換によって生じた第1の導電型のキャリアは第1の半導体層3から下部電極層2へ移動する。一方、光電変換によって生じた第2の導電型のキャリアは第2の半導体層3から上部電極層4へ移動し、接続導体7を介して隣接する下部電極層2へ移動する。このような構成により、隣接する光電変換セル10同士が直列接続されている。
The
引き出し配線部12は、上記光電変換部11で生じたキャリアを光電変換モジュール100の外部へ取り出すためのものである。つまり、引き出し配線部12によって、光電変換部11で発電した電気出力が外部へ引き出されることとなる。引き出し配線部12は、光電変換部11の下部電極層2が延伸された部位上で、光電変換体Lから離れた部位に、接続部材8を介して配線導体9の一方の端部が接続されている。また、配線導体9の他方の端部は、図3に示されるように、基板1を上下方向に貫通する孔30を介して裏面に導出され、図4に示されるように光電変換モジュール100の裏面(非受光面)に配置された端子ボックス31の内部に接続されている。そして、この端子ボックス31を介して、光電変換モジュール100で発電した電気出力が外部回路に導出されることとなる。
The lead-out
光電変換部11および引き出し配線部12は、図2に示されるように封止材13で封止され、さらにカバー部材14で覆われている。そして、光電変換モジュール100は、光電変換体Lおよび配線導体9の間に、封止材13よりも透湿性の低い低透湿部材Wが介在している。このような構成によって、外部から配線導体9を伝って光電変換モジュール100内に水分が浸入してきたとしても、光電変換部11へ水分が浸入するのを低透湿部材Wで有効に低減され得る。その結果、光電変換モジュール100の光電変換特性が良好に維持され信頼性の高いものとなる。
As shown in FIG. 2, the
封止材13や低透湿部材Wの透湿性については、封止材13や低透湿部材Wに用いられる材料に対してJIS Z 0208「防湿包装材料の透湿度試験法(カップ法)」に準拠した方法により測定した透湿度で評価することができる。
About the moisture permeability of the sealing
低透湿部材Wは光電変換体Lと接触していてもよいが、光電変換体Lの封止性を高めるという観点から、図1、2のように、低透湿部材Wは光電変換体Lから離間しており、光
電変換体Lが封止材13で覆われていてもよい。また、低透湿部材Wは、配線導体9と接触しているか、あるいは配線導体9を覆っていてもよいが、配線導体9の封止性を高めるという観点から、図1、2のように、低透湿部材Wは配線導体9から離間しており、配線導体9が封止材13で覆われていてもよい。
Although the low moisture permeable member W may be in contact with the photoelectric converter L, from the viewpoint of enhancing the sealing property of the photoelectric converter L, the low moisture permeable member W is a photoelectric converter as shown in FIGS. The photoelectric conversion body L may be covered with the sealing
<光電変換モジュールの構成部材>
次に上述した光電変換モジュール100の各構成部材について詳細に説明する。
<Constituent members of photoelectric conversion module>
Next, each component of the
基板1は、光電変換部11を支持するためのものである。基板1に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。基板1としては、例えば、厚さ1〜3mm程度の青板ガラス(ソーダライムガラス)が用いられてもよい。
The
下部電極層2(下部電極層2a〜2d)は、基板1上に設けられた、Mo、Al、TiまたはAu等の導電体である。下部電極層2は、スパッタリング法または蒸着法などの公知の薄膜形成手法を用いて、0.2μm〜1μm程度の厚みに形成される。
The lower electrode layer 2 (
第1の半導体層3(第1の半導体層3a〜3c)は第1の導電型を有する半導体層である。第1の半導体層3は、例えば1μm〜3μm程度の厚みを有する。第1の半導体層3の材料としては特に限定されないが、比較的高い光電変換効率を有するという観点で、例えば、I−III−VI族化合物、I−II−IV−VI族化合物およびII−VI族化合物等が用いられてもよい。
The first semiconductor layer 3 (
I−III−VI族化合物とは、I−B族元素(11族元素ともいう)とIII−B族元素(13族元素ともいう)とVI-B族元素(16族元素ともいう)との化合物である。I−III−VI族化合物としては、例えば、CuInSe2(二セレン化銅インジウム、CISともいう)、Cu(In,Ga)Se2(二セレン化銅インジウム・ガリウム、CIGSともいう)、Cu(In,Ga)(Se,S)2(二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム、CIGSSともいう)等が挙げられる。あるいは、第1の半導体層3は、薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜にて構成されていてもよい。I−III−VI族化合物は光吸収係数が比較的高く、第1の半導体層3が薄くても良好な光電変換効率が得られる。
An I-III-VI group compound is a group consisting of a group IB element (also referred to as a
I−II−IV−VI族化合物とは、I−B族元素とII−B族元素(12族元素ともいう)とIV−B族元素(14族元素ともいう)とVI−B族元素との化合物半導体である。I−II−IV−VI族化合物としては、例えば、Cu2ZnSnS4(CZTSともいう)、Cu2ZnSnS4−xSex(CZTSSeともいう。なお、xは0より大きく4より小さい数である。)、およびCu2ZnSnSe4(CZTSeともいう)等が挙げられる。
The I-II-IV-VI group compound includes an IB group element, an II-B group element (also referred to as a
II−VI族化合物とは、II−B族元素とVI−B族元素との化合物半導体である。II−VI族化合物としてはCdTe等が挙げられる。 The II-VI group compound is a compound semiconductor of a II-B group element and a VI-B group element. CdTe etc. are mentioned as a II-VI group compound.
第2の半導体層4(第2の半導体層4a〜4c)は、第1の半導体層3とは異なる第2導電型を有する半導体層である。第2の半導体層4は、第1の半導体層3とは異なる材料が第1の半導体層3上に積層されたものであってもよく、あるいは第1の半導体層3の表面部が他の元素のドーピングによって改質されたものであってもよい。また、第1の半導体層3と第2の半導体層4との間に高抵抗のバッファ層等が介在していてもよい。
The second semiconductor layer 4 (
第2の半導体層4としては、CdS、ZnS、ZnO、In2S3、In2Se3、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等が挙げられ
る。この場合、第2の半導体層4は、例えばケミカルバスデポジション(CBD)法等で10〜200nmの厚みで形成される。なお、In(OH,S)とは、InとOHとSとを主に含む化合物をいう。(Zn,In)(Se,OH)は、ZnとInとSeとOHとを主に含む化合物をいう。(Zn,Mg)Oは、ZnとMgとOとを主に含む化合物をいう。
The
図1、図2のように、第2の半導体層4上にさらに上部電極層5が設けられていてもよい。上部電極層5は、第2の半導体層4よりも抵抗率の低い層であり、第1の半導体層3および第2の半導体層4で生じたキャリアが良好に取り出される。光電変換効率をより高めるという観点からは、上部電極層5の抵抗率が1Ω・cm未満でシート抵抗が50Ω/□以下であってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, an upper electrode layer 5 may be further provided on the
上部電極層5は、例えばITO、ZnO等の0.05〜3μmの透明導電膜である。透光性および導電性を高めるため、上部電極層5は第2の半導体層4と同じ導電型の半導体で構成されてもよい。上部電極層5は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長(CVD)法等で形成され得る。
The upper electrode layer 5 is a 0.05 to 3 μm transparent conductive film such as ITO or ZnO. In order to improve translucency and conductivity, the upper electrode layer 5 may be composed of a semiconductor having the same conductivity type as the
また、図1、図2に示すように、上部電極層5上にさらに集電電極6が形成されていてもよい。集電電極6は、第1の半導体層3および第2の半導体層4で生じたキャリアをさらに良好に取り出すためのものである。集電電極6は、例えば、図1に示すように、光電変換セル10の一端から接続導体7にかけて線状に形成されている。これにより、第1の半導体層3および第4の半導体層4で生じた電流が上部電極層5を介して集電電極6に集電され、接続導体7を介して隣接する光電変換セル10に良好に導電される。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a collecting
集電電極6は、第1の半導体層3への光透過率を高めるとともに良好な導電性を有するという観点から、50〜400μmの幅を有していてもよい。また、集電電極6は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
The
集電電極6は、例えば、Ag等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストがパターン状に印刷され、これが硬化されることによって形成される。
The
図1、図2において、接続導体7は、第1の半導体層3、第2の半導体層4および第2の電極層5を貫通する溝内に設けられた導体である。接続導体7は、金属や導電ペースト等が用いられ得る。図1、図2においては、集電電極6を延伸して接続導体7が形成されているが、これに限定されない。例えば、上部電極層5が延伸したものであってもよい。
1 and 2, the connection conductor 7 is a conductor provided in a groove that penetrates the
接続部材8は下部電極層2に配線導体9を良好に接続するためのものである。接続部材8は、例えば、Ag等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストがパターン状に印刷され、これが硬化されることによって形成される。
The
配線導体9は、例えば、厚さ0.1〜0.5mm程度、幅が1〜7mm程度の銅(Cu)などの金属箔が挙げられる。また。この金属箔の表面には、下部電極層2または接続部材8との電気的な接続を良好にすべく、錫、ニッケルまたは半田などがめっき等によってコーティングされていてもよい。
Examples of the
封止材13は、光電変換部11を保護するためのものであり、例えば共重合したエチレンビニルアセテート(EVA)を主成分とする樹脂やポリビニルブチラールを主成分とする樹脂等が挙げられる。
The sealing
低透湿部材Wは、封止材13よりも透湿性の低い部材が用いられる。低透湿部材Wとし
ては、ポリエチレン等の樹脂、またはブチルゴムやエチレンプロピレンゴム等のゴムよりなる弾性体、もしくは上述した樹脂とゴムの混合物等が用いられ得る。また、低透湿部材Wとして、高分子材料に吸着材が分散されたものが用いられても良い。このような吸着材としては、水分を化学吸着する性質を有するものが用いられても良く、あるいは水分を物理吸着する性質を有するものが用いられても良い。水分を化学吸着する吸着材は、水分と化学反応を伴って、化学吸着する性質を有するものであり、例えば、酸化カルシウム(CaO)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化マグネシウム(MgO)、塩化カルシウム(CaCl2)、硫酸ナトリウム無水塩(Na2SO4)、硫酸銅無水塩(CuSO4)または硫酸カルシウム(CaSO4)等がある。また、水分を物理吸着する吸着材は、吸着剤の表面と水分との間に発生するファンデルワールス力により水分を吸着するものであり、例えば、ゼオライトなどのモレキュラーシーブ、シリカゲル(SiO2・nH2O)、アルミナ、アロフェンまたは活性炭等の多孔質表面を持つ無機物質等がある。
As the low moisture permeable member W, a member having lower moisture permeability than the sealing
封止材13の接着力を高めるとともに光電変換部11への水分の浸入をより低減することによって光電変換モジュール100の耐久性を高めるという観点からは、封止材13は熱硬化性樹脂であり、低透湿部材は熱可塑性樹脂であってもよい。このような熱硬化性樹脂としては、熱硬化性のEVA等が挙げられる。また、このような熱可塑性樹脂としては、ブチルゴム等が挙げられる。
From the viewpoint of enhancing the durability of the
<光電変換モジュールの他の例>
次に、光電変換モジュールの他の例について説明する。図5は光電変換モジュールの他の例を示す断面図である。図5に示される光電変換モジュール200において、上述した図1、2に示される光電変換モジュール100と同じ構成の部位は、図1、2と同じ符号が付されている。光電変換モジュール200は、配線導体9の光電変換体Lとは反対側に、封止材13よりも透湿性の低い第2の低透湿部材W2をさらに具備している。この点で光電変換モジュール100と異なっている。このような構成であれば、水分の浸入をより低減できる。
<Other examples of photoelectric conversion module>
Next, another example of the photoelectric conversion module will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the photoelectric conversion module. In the
第2の低透湿部材W2は、封止材13よりも透湿性の低い部材であればよく、上記低透湿部材Wで挙げられた部材が用いられ得る。
The second low moisture permeable member W2 may be a member having lower moisture permeability than the sealing
第2の低透湿部材W2は、配線導体9と接触していてもよいが、配線導体9の封止性を高めるという観点から、図5のように、第2の低透湿部材W2は配線導体9から離間していてもよい。
The second low moisture permeable member W2 may be in contact with the
また、光電変換モジュール200において、低透湿部材Wは水分を化学吸着する第1の吸着材を含み、第2の低透湿部材W2は水分を物理吸着する第2の吸着材を含んでいてもよい。このような構成であれば、光電変換部11への水分の浸入がより長期にわたって低減され得る。つまり、外部から浸入する水分は、まず、第2の低透湿部材W2に含有された第2の吸着材に物理吸着される。物理吸着は、吸着材の表面と水分との間に発生するファンデルワールス力により水分が吸着されるため、化学吸着に比べて吸着力が弱い。そのため、第2の吸着材は、温度や湿度などの条件により、水分を脱離する機能を有しており、所定条件になると、第2の吸着材から脱離される。よって、第2の吸着材は可逆的に水分の吸着および脱離をすることが可能となり、水分の浸入を低減する効果を長期にわたり持続させることができる。一方で、脱離した水分は、光電変換モジュール200の外側だけでなく内側(光電変換部11側)に向かうものもある。このような光電変換部11側に向かう水分は、低透湿部材Wの第1の吸着材に化学吸着されることとなる。化学吸着は、水分と化学反応を伴って水分を吸着するため、より強固に水分が吸着されることとなる。よって、光電変換部11への水分の浸入がより低減される。
In the
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が施されることは何等差し支えない。光電変換モジュール100、200では光電変換部11における光電変換セル10が3列の例が示されているが、これに限定されず、1列、2列あるいは4列以上であってもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. In the
1:基板
2、2a、2b、2c、2d:下部電極層
3、3a、3b、3c:第1の半導体層
4、4a、4b、4c:第2の半導体層
5:上部電極層
6:集電電極
7:接続導体
8:接続部材
9:配線導体
10:光電変換セル
11:光電変換部
12:引き出し配線部
13:封止材
14:カバー部材
L:光電変換体
W、W2:低透湿部材
100、200:光電変換モジュール
1:
Claims (6)
該基板上に設けられた光電変換体と、
前記基板上において前記光電変換体から離れた部位に位置する、前記光電変換体で生じた電気出力を外部に取り出すための配線導体と、
前記光電変換体を封止する封止材と、
前記光電変換体および前記配線導体の間に介在する、前記封止材よりも透湿性の低い低透湿部材と
を具備することを特徴とする光電変換モジュール。 A substrate,
A photoelectric conversion body provided on the substrate;
A wiring conductor for taking out an electrical output generated by the photoelectric converter, which is located on the substrate away from the photoelectric converter,
A sealing material for sealing the photoelectric converter;
A photoelectric conversion module comprising: a low moisture permeability member having a moisture permeability lower than that of the sealing material, which is interposed between the photoelectric conversion body and the wiring conductor.
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