JP2013125778A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性の高い太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】 本発明のある実施形態においては、太陽電池素子１００、酢酸ブロック封止材２００、ＥＶＡ封止材３００および３２０、保護材４００を備えている太陽電池モジュール１０００が提供される。太陽電池素子１００は、基板８の一方の面である受光面８Ａに発電領域１２０が形成されている薄膜シリコン系の太陽電池素子である。酢酸ブロック封止材２００は、太陽電池素子１００が形成されている受光面８Ａに接して配置され、発電領域１２０を覆っている。ＥＶＡ封止材３００および３２０は、太陽電池素子１００および酢酸ブロック封止材２００を両面から挟んでいる。そして、保護材４００は、受光面８Ａ側のＥＶＡ封止材つまりＥＶＡ封止材３００の表面に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。さらに詳細には本発明は、樹脂により封止されている太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。

近年開発されている太陽光発電システムにおいては、一般的に、薄膜太陽電池素子を保護するためにガラスを用いたり、または、樹脂により封止された太陽電池モジュールが採用される。樹脂封止タイプの太陽電池モジュールにおいては、最表面に、例えばＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）などのシート状の保護材を配置し、その保護材を、接着性のある封止樹脂材（以下「封止材」と記す）により薄膜太陽電池素子に接着して耐候性が確保されている。とりわけ、薄膜太陽電池素子を樹脂フィルム基板などの可撓性基板に形成した太陽電池モジュールでは、軽量性を活かすために樹脂封止タイプの太陽電池モジュールが好まれる。典型的な樹脂封止タイプの太陽電池モジュールの構造は、保護材／封止材／太陽電池素子／封止材／保護材という構造である。

このようなガラスを用いない太陽電池モジュールを屋外の屋根などに採用するためには、長期間の耐久性や、耐電圧性など各種の要件を満たすことが求められる。従来多用される封止材の一つが、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）樹脂である。ＥＶＡにより薄膜太陽電池素子を挟んでＥＶＡを加熱して溶解および重合させて封止される太陽電池モジュールは、光に対しても高い耐性を示し、一般的には、高い信頼性を誇ると考えられている。また、ＥＶＡを除くポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂を用いることにより同様に高い耐候性や光に対する耐性を実現することも可能となる。

特開２００６−４９５４１号公報

ところが、ＥＶＡは、長期使用時に加水分解により酢酸を遊離する性質があることが知られている。ＥＶＡから遊離した酢酸が薄膜太陽電池素子に作用すると、発電特性が劣化し、太陽電池モジュールの出力が低下し、太陽電池モジュールの長期信頼性が損なわれることがある。なお、ＥＶＡはポリエチレンの一種と表現される場合があるが、本出願においては、太陽電池モジュール封止材を表現する場合に一般的なように、ポリエチレンと記載した場合には、ＥＶＡを含まないこととする。

樹脂フィルム基板に集電孔と呼ばれる貫通孔を有する太陽電池モジュールにおいて上記劣化が生じた場合の対処法が特許文献１に開示されている。特許文献１には、集電孔の側面および周縁部ならびにパターニングライン部を、接着性樹脂封止材とは異なる電気絶縁性材料により絶縁被覆した太陽電池モジュールが開示されている（特許文献１、請求項１）。この絶縁被覆のための電気絶縁性材料は、例えば溶剤可溶性フッ素樹脂とされる（同、請求項３）。

しかしながら、特許文献１によれば、集電孔の側面および周縁部ならびにパターニングライン部に選択的に電気絶縁性材料を配置しなければならない。このため、位置を特定して電気絶縁性材料をパターニングする処理を要する特許文献１の手法を採用すると、太陽電池モジュールの作製工程が複雑になりかねない。また、特許文献１に記載されている手法を採用するのみでは、例えば酢酸を遊離させる封止材を採用した場合には、集電孔以外の部分つまり太陽電池素子の面積の大半を占める部分に対して酢酸が及ぼす影響から免れることはできない。

上述したポリエチレンを封止材として採用すると、酢酸も生成されずパターニング処理も要さない。しかしながら、ポリエチレンを封止材として用いる場合にも特有の問題が避けられない。例えば、酢酸を遊離させないポリエチレンを封止材として採用しても、経時劣化は避けられず、封止機能の低下が生じやすい。その劣化には、紫外線に長期間曝されることによるものなど、太陽電池素子の動作に特有なものがある。これに応じ、経時劣化を防止して太陽電池素子の封止のために採用することが可能なポリエチレンの封止材も製造されている。例えば、太陽電池の発電に関係しない波長域の紫外線のみを吸収する紫外線吸収剤を混入することにより、太陽電池素子の封止に適する性質を意図的に付与したポリエチレンの封止材も開発されている。しかし、そのような太陽電池素子の封止材としての実用性を備えたポリエチレンのシートは、ＥＶＡよりも大幅に高コストな部材にならざるを得ない。このような特別なポリエチレンを封止材として採用することは、太陽電池モジュール全体のコストを押し上げてしまうため、太陽電池モジュールの普及を妨げているコストの高止まりの一因となっている。

さらに、実際に長時間使用した太陽電池モジュールでは、ＥＶＡなどの封止材とＩＴＯ（スズドープインジウム酸化物）などの透明電極膜との接着力すなわち剥離強度が低下する場合がある。この剥離強度の低下は、信頼性に悪影響を及ぼしかねない。

本発明は上記問題点の少なくともいずれかを解決するためになされたものである。本発明は、十分な長期信頼性を有する太陽電池モジュールを提供することにより、太陽光発電システムの普及に貢献するものである。

本願の発明者は、劣化時に酢酸を遊離させるＥＶＡの封止材と、酢酸を遊離させる性質のないポリエチレンの封止材とを組み合わせることにより、パターニング処理を行なうことなく作製可能な太陽電池モジュールの構造を創出した。しかも、その構造の太陽電池モジュールに対し信頼性試験を実施したところ、十分な長期信頼性を確保しうることを確認し、本発明を創出するに至った。

すなわち、本発明のある態様においては、基板の受光面に発電領域が形成されている薄膜シリコン系の太陽電池素子と、該太陽電池素子の前記受光面に接して配置され、前記発電領域を覆う酢酸ブロック封止材と、該太陽電池素子および該酢酸ブロック封止材を両面から挟むエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）封止材と、少なくとも前記受光面側の該ＥＶＡ封止材の表面に配置された保護材とを備えている太陽電池モジュールが提供される。

また、本発明のある態様においては、太陽電池モジュールの製造方法も提供される。すなわち、本発明のある態様においては、基板の一方の面である受光面に発電領域を有する薄膜シリコン系の太陽電池素子を準備する工程と、背面保護部材と、第１のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）封止材シートと、前記基板の他方の面である背面を該第１のＥＶＡ封止材シートに向けている前記該太陽電池素子と、該太陽電池素子の前記受光面に重ねてまたは接して配置され、前記発電領域を覆う酢酸ブロック封止材シートと、第２のＥＶＡ封止材シートと、前記第２のＥＶＡ封止材シートを覆う保護材とをこの順に重ねた積み重ね体を形成する積み重ね工程と、該積み重ね体を加熱プレスするラミネート工程とを含む太陽電池モジュールの製造方法が提供される。

本出願において、酢酸ブロック封止材とは、酢酸を遊離する性質を示さず、酢酸を何らかの機能により通しにくい樹脂の封止材を一般に指している。ＥＶＡやそれに類する酢酸を遊離させかねない樹脂による封止材は、本出願の酢酸ブロック封止材には含まない。これに対して、例えばポリエチレンは、例えば１００μｍ〜２００μｍ程度の厚みに形成して介在させるのみにて、酢酸の透過や拡散が抑制される。このため、ポリエチレンは酢酸ブロック封止材として好適である。

また、本出願においてポリエチレンとは、任意のポリエチレンを含んでおり、原料や、例えば化学合成の手法などの製法を特に限定するものではない。また、本出願におけるポリエチレンには、任意の添加剤により性質が調整されているポリエチレンを含んでいる。例えば、本出願においてポリエチレンとのみ記したもののうちに、例えば紫外線に対する安定性を付与する添加剤を混入させたポリエチレンを含んでいる。なお、上述したように、ＥＶＡは、本出願におけるポリエチレンに含めない。

さらに、貫通孔を通した熱溶着とは、熱重合を含む熱溶着による接着または接合が貫通孔を通して実現されていることを一般に指している。この熱溶着において、接着または接合による界面は、貫通孔の内部に形成されていても、貫通孔の外部において形成されていてもよい。例えば、貫通孔を通して一方の側の材質が他方の側にまで流動して、両側の材質の境界となる界面が貫通孔外部に位置する場合がある。この場合であっても、本出願の貫通孔を通した熱溶着に含まれている。

本発明のいずれかの態様においては、十分な長期信頼性を実現する太陽電池モジュールが提供される。

本発明のある実施形態における太陽電池モジュールの主要部分の構造を示す概略断面図である。 本発明のある実施形態の太陽電池モジュールの製造工程において、ラミネート工程の直前における各シートの積み重ねの様子を示す分解斜視図である。 本発明のある実施形態の太陽電池モジュールを製造するための製造工程を示すフローチャートである。 本発明のある実施形態の太陽電池モジュールに採用される貫通孔を有する太陽電池素子の平面図である。 ある実施形態の太陽電池モジュールに採用される貫通孔を有する太陽電池素子の概略断面図である。 本発明のある実施形態の太陽電池モジュールにおいて、貫通孔の部分を拡大して示す拡大断面図である。 本発明の実施例および従来例による太陽電池モジュールにおける高温高湿通電試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。当該説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。

＜第１実施形態＞
［原理構成］
図１は、本実施形態の太陽電池モジュール１０００の主要部分の構造を示す概略断面図である。太陽電池モジュール１０００は、太陽電池素子１００、酢酸ブロック封止材２００、ＥＶＡ封止材３００および３２０、保護材４００を備えている。太陽電池素子１００は、基板８の一方の面である受光面８Ａに発電領域１２０が形成されている薄膜シリコン系の太陽電池素子である。また、酢酸ブロック封止材２００は、太陽電池素子１００が形成されている受光面８Ａに接して配置され、発電領域１２０を覆っている。このため、太陽電池素子１００が発電動作を行なうための太陽光などの光ｈνは、図３に示すように酢酸ブロック封止材２００を通して発電領域１２０に入射する。ＥＶＡ封止材３００および３２０は、太陽電池素子１００および酢酸ブロック封止材２００を両面から挟んでいる。また、保護材４００は、受光面８Ａ側のＥＶＡ封止材つまりＥＶＡ封止材３００の表面に配置されている。太陽電池モジュール１０００は、用途に合わせて、基板８の受光面８Ａとは逆の面である背面８Ｂに、保護材として保護フィルムなどの背面保護部材４２０を備えていることもある。また、太陽電池モジュール１０００は、用途に応じて背面保護部材４２０の位置に鋼板を備えていることもある。太陽電池モジュール１０００は、保護材４００、ＥＶＡ封止材３００、酢酸ブロック封止材２００、太陽電池素子１００、ＥＶＡ封止材３２０、そして背面保護部材４２０がラミネートされて一体化されたものである。このラミネートは、例えばＥＶＡ封止材３００、酢酸ブロック封止材２００、およびＥＶＡ封止材３２０の熱溶着やＥＶＡ封止材３００およびＥＶＡ封止材３２０の架橋反応により実現されている。

太陽電池素子１００は、典型的には、アモルファスシリコン系の太陽電池素子である。ただし、太陽電池素子１００としては、他の薄膜太陽電池素子を採用することは可能である。太陽電池素子１００に採用される光電変換層の材質の非限定的な例は、アモルファスまたは微結晶のシリコン、シリコンゲルマニウム、またはこれらに他の元素をドープした材質を含んでいる。また、太陽電池素子の光電変換層の形式としては、単接合の太陽電池素子のみならず、多接合のものも含んでいる。特に、太陽電池素子１００がアモルファスシリコン系の太陽電池である場合、酢酸による影響が顕著となる。このため、太陽電池素子１００を採用する本実施形態の太陽電池モジュール１０００の構造は、特に太陽電池素子１００がアモルファスシリコン系太陽電池である場合に好適である。

本実施形態の太陽電池モジュール１０００における酢酸ブロック封止材２００は、典型的にはポリエチレンである。この構造の太陽電池モジュール１０００は、すべての封止材（ＥＶＡ封止材３００、酢酸ブロック封止材２００、ＥＶＡ封止材３２０）をポリエチレンとする場合に比べて低コストである。というのは、ＥＶＡ封止材３００やＥＶＡ封止材３２０は、太陽電池モジュールの封止に適するよう調整されることよりしばしば高価となるポリエチレンに比べて量産規模が格段に大きく低コストなためである。しかも、太陽電池モジュール１０００において、酢酸ブロック封止材２００を、太陽電池モジュール封止に適するよう調整されたポリエチレンとすることは必須ではない。したがって、例えば、酢酸ブロック封止材２００を汎用のポリエチレンとすることによりさらにコストを低減することができる。

次に本実施形態の太陽電池モジュール１０００の概略の製造方法について説明する。図２は、ラミネート工程の直前における各シートの積み重ねの様子を示す分解斜視図である。また図３は、本実施形態の太陽電池モジュール１０００を製造するための製造工程を示すフローチャートである。ここでは、背面保護部材４２０が保護材４００と同様の保護フィルムである場合について説明する。

まず、太陽電池モジュール１０００を製造するためには、薄膜シリコン系の太陽電池素子１００が準備される（Ｓ１０２）。そして、積み重ね工程Ｓ１０４が実施される。この積み重ね工程Ｓ１０４は、図２に示すように、背面保護部材シート４２０Ｓ、ＥＶＡ封止材シート３２０Ｓ、太陽電池素子１００、酢酸ブロック封止材シート２００Ｓ、ＥＶＡ封止材シート３００Ｓおよび保護材シート４００Ｓをこの順に重ねた積み重ね体１０００Ｓを形成する工程である。積み重ね体１０００Ｓにおいて、太陽電池素子１００は、基板８の背面８ＢをＥＶＡ封止材シート３２０Ｓに向けて配置されている。酢酸ブロック封止材シート２００Ｓは、太陽電池素子１００の受光面８Ａに重ねてまたは接して配置されている。そして、積み重ね体１０００Ｓを加熱プレスするラミネート工程Ｓ１０６が実施される。このラミネート工程Ｓ１０６は、一例として、温度１５５℃程度、時間２２分程度の条件により加熱プレスすることによって行なわれる。ラミネートした後には、背面保護部材シート４２０Ｓ、ＥＶＡ封止材シート３２０Ｓ、酢酸ブロック封止材シート２００Ｓ、ＥＶＡ封止材シート３００Ｓは、それぞれ、背面保護部材４２０、ＥＶＡ封止材３２０、酢酸ブロック封止材２００、ＥＶＡ封止材３００となり、図１に示した太陽電池モジュール１０００が製造される。

特に、基板８が絶縁性のフィルム基板である場合には、仮ラミネート体１００Ｔを形成しておいて、その仮ラミネート体１００Ｔを用いて積み重ね体１０００Ｓを形成することが有用である。この仮ラミネート体１００Ｔの形成は、積み重ね工程Ｓ１０４において行なわれ、太陽電池素子１００の発電領域１２０を覆って配置された酢酸ブロック封止材シート２００Ｓを受光面８Ａに対して接着させて仮ラミネート体１００Ｔが作られる。この際の積み重ね体１０００Ｓは、ＥＶＡ封止材シート３２０Ｓ、仮ラミネート体１００Ｔ、仮ラミネート体１００Ｔの酢酸ブロック封止材シート２００Ｓの側に配置されたＥＶＡ封止材シート３００Ｓ、そして保護材シート４００Ｓをこの順に含むように作製される。

このように仮ラミネート体１００Ｔを一旦形成し、その後に積み重ね体１０００Ｓを形成することは、製造途中におけるカールを防止することが可能となるという効果も有している。この効果は、酢酸ブロック封止材シート２００Ｓの形状保持作用によるものであり、特に、太陽電池素子１００がそれのみではカールしやすい性質を有している場合に顕著な実用性を発揮する。なお、太陽電池素子１００にカールが生じるのは、例えば、基板８が薄い５０μｍ程度の絶縁性のフィルム基板であり、光電変換層などの各種の層が形成されている場合である。とりわけ、フィルム基板に対する成膜の処理において、基板に張力を作用させながら熱を加える工程を含んで成膜されるような場合には容易には解決しがたい。したがって、酢酸ブロック封止材２００を採用して太陽電池モジュール１０００を製造するため酢酸ブロック封止材シート２００Ｓを利用した仮ラミネート体１００Ｔを形成することは、太陽電池モジュール１０００の実際の製造工程上の実用性から見ても、特に有用な手法といえる。

重要なことは、太陽電池素子１００に対する酢酸ブロック封止材シート２００Ｓの配置には、特段の精密な位置合わせが必要ないことである。このことは、仮ラミネート体１００Ｔを形成する場合および仮ラミネート体１００Ｔを形成しない場合のいずれの場合に対してもあてはまる。すなわち、酢酸ブロック封止材シート２００Ｓは、太陽電池素子１００の発電領域１２０を覆うように配置されている限り、第１貫通孔１０４や第２貫通孔１０６の位置に適合させ配置する必要は無い。したがって、仮ラミネート体１００Ｔを形成するかどうかにかかわらず、積み重ね体１０００Ｓを準備する工程が製造工程のために精密な機器は必要とせず、作業コストを上昇させたり、良品率を低下させたりすることはない。

［材質］
次に、太陽電池モジュール１０００の各部に用いる材質やシート部材について説明する。まず、ＥＶＡ封止材３００、およびＥＶＡ封止材３２０、ならびにＥＶＡ封止材シート３００ＳおよびＥＶＡ封止材シート３２０Ｓについては、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）が採用される。ここでのＥＶＡは、通常の太陽電池モジュールの封止材としての特性を備えた既存のＥＶＡの任意のものを採用することが可能である。そして、ＥＶＡ封止材シート３００ＳやＥＶＡ封止材シート３２０Ｓとしては、４００〜６００μｍ程度の厚みのものが好ましい。

これに対し、酢酸ブロック封止材２００や酢酸ブロック封止材シート２００Ｓの材質としては、上述したように典型的にはポリエチレンを採用する。ここで採用されるポリエチレンは、任意のポリエチレンとすることができる。ポリエチレンは、封止材として使用して太陽電池を長期間動作させ、仮に劣化したとしても酢酸を遊離することがない。そればかりか、ポリエチレンには酢酸をブロックする性質があるようである。酢酸ブロック封止材２００により酢酸が生成されない理由は、化学構造においてＥＶＡにおいて酢酸を生じさせる化学基が存在しないためである。また、酢酸がブロックされる理由は現時点では定かではない。本願の発明者は、ある程度の厚みを有している酢酸ブロック封止材２００をＥＶＡ封止材３００と発電領域１２０の間に介在させれば、劣化してＥＶＡから遊離される酢酸の影響を実用上問題ない程度にまで除去することができることを確認している（実施例により後述する）。例えば太陽電池モジュールの封止のために適する紫外線吸収剤が混入された１５０μｍ厚程度のポリエチレンシートは、酢酸ブロック封止材シート２００Ｓとして好ましいものの一つである。これ以外にも、太陽電池モジュール１０００においては、汎用樹脂またはそれに近いポリエチレンシート、つまり、太陽電池モジュールの生産のために特別な組成調整をしていないポリエチレンも採用することも可能である。

ここで、酢酸ブロック封止材２００がポリエチレンであり、ＥＶＡ封止材３００がＥＶＡであることは、特に好ましい組合せといえる。ＥＶＡとポリエチレンとは、化学構造が類似しているために熱溶着後に互いに強固な接合状態または接着状態が維持され、光が作用してもほとんど劣化しない。これらの性質により、ポリエチレンの酢酸ブロック封止材２００にＥＶＡ封止材３００の材質が直接接する本実施形態の太陽電池モジュール１０００の構成においては、万全な封止機能が実現される。

［貫通孔を有する太陽電池素子（ＳＣＡＦ構造）］
本実施形態の太陽電池モジュールをさらに詳細な太陽電池素子の構造に即して説明する。図４は、本実施形態の太陽電池モジュール１１００に採用される貫通孔を有する太陽電池素子１５０の平面図、図５は、同太陽電池素子の概略断面図である。本実施形態において提供される太陽電池モジュール１１００は、太陽電池素子１００を除き、図１に示した太陽電池モジュール１０００と同様の構造に作製されている。そして、太陽電池モジュール１１００においては太陽電池素子１５０が採用されている。太陽電池素子１５０は、一片の絶縁性のフィルム基板８Ｆの上に形成され個別化されて互いに直列接続される複数の単位セル１５２を備えている。ここで、各単位セル１５２は、フィルム基板８Ｆの一方の面である受光面８ＦＡの上に、裏面電極である第１電極１０、発電動作のための光電変換層２０、および透明電極である第２電極３０を、フィルム基板８Ｆの側からこの順に備えている。また、各単位セル１５２は、フィルム基板８Ｆの他方の面である背面８ＦＢの上に、各単位セルに対応させて分離して形成されている背面電極５０をさらに備えている。

各背面電極５０は、フィルム基板８Ｆを貫通する第１貫通孔１０４を通して一の単位セル１５２Ａの第１電極１０に電気的に接続されている。また、各背面電極５０は、フィルム基板８Ｆを貫通する第２貫通孔１０６を通して一の単位セル１５２Ａに隣り合う他の単位セル１５２Ｂの第２電極３０に電気的に接続されている。これにより、複数の単位セル１５２が順次直列接続されている。この直列接続を実現するために各太陽電池素子１５０同士は、第１貫通孔１０４および第２貫通孔１０６を通しての接続以外の部分では互いに電気的に絶縁されて個別化されている。つまり、受光面側分離線１８０により太陽電池素子１５０同士が切り離されており、また、背面側分離線１９０により背面電極５０が切り離されている。

このような太陽電池素子１５０を採用すると、受光面８ＦＡの側からの酢酸ブロック封止材２００と背面８ＦＢの側からのＥＶＡ封止材３２０とが第２貫通孔１０６または第２貫通孔１０６を通って互いに熱溶着されているように太陽電池モジュール１１００を作製することができる。図６は、太陽電池モジュール１１００において、酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０とが互いに熱溶着されている第２貫通孔１０６の貫通孔の部分を拡大して示す拡大断面図である。図６に示すように、酢酸ブロック封止材２００は、受光面８ＦＡの側から第２貫通孔１０６の内部に入り込んでいる。また、ＥＶＡ封止材３２０は、背面８ＦＢの側から第２貫通孔１０６の内部に入り込んでいる。こうして、酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０は、第２貫通孔１０６を通して、例えば界面１０２において互いに熱溶着されている。

なお、本実施形態の実施上の条件によっては、酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０との熱溶着は、第２貫通孔１０６の内部において実現しているとは限らない。例えば酢酸ブロック封止材シート２００Ｓを利用して仮ラミネート体１００Ｔを形成する場合には、酢酸ブロック封止材２００を接着する時点において、酢酸ブロック封止材２００が第２貫通孔１０６を通して背面８ＦＢの側にはみ出ている場合もある。このような場合には、第２貫通孔１０６において、酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０の熱溶着される界面１０２は、第２貫通孔１０６の内部ではなく、背面８ＦＢの面の側に存在する場合がある。このように、第２貫通孔１０６の内部に熱溶着の界面が存在しない場合であっても、酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０の少なくともいずれかが第２貫通孔１０６を通り互いに熱溶着されている限り、受光面８ＦＡの側からの酢酸ブロック封止材２００と背面８ＦＢの側からのＥＶＡ封止材３２０とが第２貫通孔１０６を通って互いに熱溶着されている態様の一つである。

このように、第２貫通孔１０６を通って酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０が互いに熱溶着されているとことは、太陽電池モジュール１１００を信頼性の高い太陽電池モジュールとする上で有利である。太陽電池素子１００の最表面である第２電極３０と酢酸ブロック封止材２００との界面との接着力が、仮に、例えば長期使用時において低下してしまうとする。このような場合であっても、第２貫通孔１０６を通した酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０の互いの接着により、酢酸ブロック封止材２００が太陽電池素子１００から剥離することを防止することが可能となるためである。

加えて、このような第１貫通孔１０４または第２貫通孔１０６を通して互いに熱溶着する樹脂の組合せとして、酢酸ブロック封止材２００がポリエチレンであり、ＥＶＡ封止材３２０がＥＶＡであることは、特に好ましい組合せといえる。ＥＶＡとポリエチレンとは、化学構造が類似しているために熱溶着後に互いに強固な接合状態または接着状態が維持され、光が作用しても劣化が少ないためである。

なお、ここに説明した貫通孔を通して接着または接合を実現する構成やその効果は第１貫通孔１０４を通しても同様に実現することが可能である。つまり、受光面８ＦＡの側からの酢酸ブロック封止材２００と背面８ＦＢの側からのＥＶＡ封止材３２０とを、第１貫通孔１０４の内部を通して互いに熱溶着させることが好適である。さらに、第１貫通孔１０４を通した熱溶着は、第２貫通孔１０６を通した熱溶着に代えて、または第２貫通孔１０６を通した熱溶着と同時に実現することができる。

［実施例］
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順、要素または部材の向きや具体的配置等は本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することかできる。したがって、本発明の範囲は以下の具体例に限定されるものではない。

本実施形態として説明した太陽電池モジュールの性能を確認するため、上述した太陽電池モジュール１１００の構成を実際に作製した。図３を参照して説明した製造工程にしたがい酢酸ブロック封止材２００を採用する太陽電池モジュール１１００のサンプルを作製したところ、特段反りや折れなどが発生することなく製造することが可能であった。

次に、長期動作時の信頼性を確認するために行なった加速試験の結果と、実際の発電動作を長期間行なって回収した類似の構成の太陽電池モジュールの剥離強度試験の結果について説明する。

図７は、本実施形態の太陽電池モジュール１０００の構成の太陽電池モジュール（以下、「実施例サンプル」という）と、従来の太陽電池モジュール（２種）を作製して実際に行なった高温高湿通電試験（以下「高温高湿試験」という）の結果を示すグラフである。従来の太陽電池モジュールの一つは、図１に示した酢酸ブロック封止材２００を採用せず、封止材のすべてをＥＶＡとした構成のものである（「従来例１サンプル」）。また、従来の太陽電池モジュールのもう一つは、図１に示したＥＶＡ封止材３００およびＥＶＡ封止材３２０に代えて、太陽電池モジュールのために添加剤等を調整したポリエチレンを採用することにより、すべての封止材をポリエチレンとした構成のものである（「従来例２サンプル」）。

また、高温高湿試験は、温度８５℃、湿度９５％ＲＨに設定された恒温恒湿槽において最大動作電流と同様の電流を強制的に流し続ける加速試験である。この試験により、実際の環境よりも過酷な環境条件において発電動作させた場合の劣化状態を再現させる。各サンプルの劣化の様子すなわち特性の変化は、高温高湿試験を一定時間行なって、恒温恒湿槽から取り出して、ソーラーシミュレータにより光電変換効率を測定する、という処理を繰り返すことにより測定した。グラスの横軸は、高温高湿試験の通算経過時間であり、縦軸は、通算経過時間の各時点において測定した光電変換効率を、初期（高温高湿試験の実施前）の光電変換効率を１００％として相対値により表現したものである。この相対値を本出願において「保持率」という。ここでは、８０％以上の保持率を通算経過時間３０００時間以上維持することができることを一応の目安とした。

図７に示すように、すべての封止材がＥＶＡである従来の太陽電池モジュールの従来例１サンプルでは、通算経過時間が約１５００時間で保持率が８０％、すなわち初期の光電変換効率より２０％効率が劣化した。これに対し、すべての封止材がポリエチレンである従来の太陽電池モジュールの従来例２サンプルでは、高温高湿試験を３０００時間以上としても、保持率は９０％程度の値に維持されていた。

そして、本実施形態の太陽電池モジュール１０００の構造の実施例サンプルにおいては、従来例２サンプルと同様に保持率の低下はわずかであり、３０００時間の時点においても、約９０％程度の値に維持されていた。

以上のように、太陽電池モジュール１０００の構造に作製された太陽電池モジュールにおいて、すべての封止材をポリエチレンとした太陽電池モジュールと遜色のない高い信頼性が確保されることを確認した。これは、ポリエチレンである酢酸ブロック封止材２００が、ＥＶＡ封止材３００から遊離した酢酸が、太陽電池素子１００にまで拡散して到達することをブロックすることにより、酢酸を原因とする出力低下が抑制されているためであると発明者は推測している。この意味において、酢酸ブロック封止材２００は、酢酸の拡散を阻害するブロック層としての役割も担っているものと推測している。

次に、剥離強度試験の結果について説明する。この試験は、第１貫通孔１０４または第２貫通孔１０６を通して酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０とが熱溶着されている効果を類似の構成の太陽電池モジュールであり、実際の太陽電池モジュールから切り出したサンプル（「長期使用サンプル」）から得られた知見に基づいて推測するために実施した。ここでは、すべての封止材をＥＶＡとして過去に製造し、実際の環境下に長期間設置して太陽光により実際に発電動作（「長期使用」）させ、その後回収した太陽電池モジュールの長期使用サンプルを用いた。すなわち、ここで剥離強度を測定した長期使用サンプルは、上記従来例１サンプルと同様の構成のサンプルであり、本実施形態の太陽電池モジュール１０００の構造の実施例サンプルでないことに留意されたい。これは、単に、本実施形態の太陽電池モジュール１０００の構造の実施例サンプルでは、太陽光による発電動作を長期間行なう試験が未実施なために過ぎない。それにもかかわらず本出願においてこの長期使用サンプルの試験例を説明する趣旨は、試験状況が本実施形態の太陽電池モジュールが実施された場合の状況に可能な限り近い類似の構造を持つ長期使用サンプルにより確かめることにより、第１貫通孔１０４または第２貫通孔１０６を通した封止材の接着強度（剥離強度）の効果を確認した結果を示すためである。

剥離強度は、従来例１サンプルと同様の構成の太陽電池モジュールのうち、二種の界面を対象にして測定した。剥離強度を調査した界面は、ＥＶＡ／ＩＴＯ界面と、ＥＶＡ／ＥＶＡ界面とである。この長期使用サンプルは、実際の環境下にて１０年以上使用したものを回収したサンプルである。剥離試験の詳細な条件は、測定モードを１８０°ピール試験とし、引張速度を１００ｍｍ／ｍｉｎとした。測定時の環境は、温度２５℃、湿度５８％ＲＨに設定し、サンプル数（ｎ数）は３とした。

そして試験結果は、長期使用する前には、どちらの界面も１０．０Ｎ／ｃｍを大きく越える十分な剥離強度であった。これに対し、長期使用した後には、ＥＶＡ／ＩＴＯ界面の剥離強度は０．０１Ｎ／ｃｍ程度であり、接着力は大きく低下した。これに対し、ＥＶＡ／ＥＶＡ界面では、長期使用後にも、６．０Ｎ／ｃｍ程度の剥離強度が維持されていた。つまり、ＥＶＡ／ＥＶＡ界面は、ＥＶＡ／ＩＴＯ界面に比べて約６０倍の剥離強度を示していた。したがって、ＥＶＡ／ＥＶＡ界面では、長期使用による劣化は生じないことが確認された。

この長期使用サンプルに基づく剥離試験の結果のうち、ＥＶＡ／ＥＶＡ界面に関する知見は、本実施形態の太陽電池モジュール１０００および１１００において、太陽電池素子１００とＥＶＡ封止材３２０の熱溶着による界面についても同様に当てはまるものと本願の発明者は確信している。というのは、酢酸ブロック封止材２００の材質であるポリエチレンと、ＥＶＡ封止材３２０の材質であるＥＶＡとは、初期において十分な接着力が得られており、化学構造の骨格が共通していることから、劣化が生じる可能性が低いためである。ここで、このような界面の熱溶着部位は、貫通孔を有する太陽電池素子１５０を採用する太陽電池モジュール１１００においては、太陽電池素子１００の周囲をなす周縁部に形成された界面と、第１貫通孔１０４または第２貫通孔１０６を通して熱溶着されている界面とに存在している。したがって、太陽電池モジュール１１００の構造についても、実使用を経た後において酢酸ブロック封止材２００とＥＶＡ封止材３２０による剥離強度が維持されると本願の発明者は確信している。

以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載されたものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽光発電システムに利用可能である。

１０００、１１００ 太陽電池モジュール
１０００Ｓ 積み重ね体
１００ 太陽電池素子
１００Ｔ 仮ラミネート体
１０２ 界面
１０４ 第１貫通孔
１０６ 第２貫通孔
１２０ 発電領域
１５０ 太陽電池素子
１５２、１５２Ａ、１５２Ｂ 単位セル
１８０ 受光面側分離線
１９０ 背面側分離線
２００ 酢酸ブロック封止材
２００Ｓ 酢酸ブロック封止材シート
３００、３２０ 封止材
３００Ｓ、３２０Ｓ 封止材シート
４００ 保護材
４００Ｓ 保護材シート
４２０ 背面保護部材
４２０Ｓ 背面保護部材シート
８ 基板
８Ａ 受光面
８Ｂ 背面
８Ｆ フィルム基板
１０ 第１電極
２０ 光電変換層
３０ 第２電極
５０ 背面電極

Claims (8)

1. 基板の受光面に発電領域が形成されている薄膜シリコン系の太陽電池素子と、
   該太陽電池素子の前記受光面に接して配置され、前記発電領域を覆う酢酸ブロック封止材と、
   該太陽電池素子および該酢酸ブロック封止材を両面から挟むエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）封止材と、
   少なくとも前記受光面側の該ＥＶＡ封止材の表面に配置された保護材と
   を備えている
   太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池素子は、一片の絶縁性のフィルム基板の上に形成され個別化されて互いに直列接続される複数の単位セルを備えており、
   各単位セルは、該フィルム基板の一方の面である前記受光面の上に、裏面電極である第１電極、発電動作のための光電変換層、および透明電極である第２電極を、前記フィルム基板の側からこの順に備えるとともに、前記フィルム基板の他方の面である背面の上に、各単位セルに対応させて分離して形成されている背面電極をさらに備えるものであり、
   各背面電極は、前記フィルム基板を貫通する第１貫通孔を通して一の単位セルの第１電極に電気的に接続されるとともに、前記フィルム基板を貫通する第２貫通孔を通して前記一の単位セルに隣り合う他の単位セルの第２電極に電気的に接続されるものであり、これにより、前記複数の単位セルが直列接続されている
   請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記受光面の側からの前記酢酸ブロック封止材と前記背面の側からの前記ＥＶＡ封止材とが前記第１貫通孔または前記第２貫通孔の内部を通って互いに熱溶着されている
   請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記酢酸ブロック封止材がポリエチレンである
   請求項１または請求項３に記載の太陽電池モジュール。
5. 基板の一方の面である受光面に発電領域を有する薄膜シリコン系の太陽電池素子を準備する工程と、
   背面保護部材と、第１のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）封止材シートと、前記基板の他方の面である背面を該第１のＥＶＡ封止材シートに向けている前記該太陽電池素子と、該太陽電池素子の前記受光面に重ねてまたは接して配置され、前記発電領域を覆う酢酸ブロック封止材シートと、第２のＥＶＡ封止材シートと、前記第２のＥＶＡ封止材シートを覆う保護材とをこの順に重ねた積み重ね体を形成する積み重ね工程と、
   該積み重ね体を加熱プレスするラミネート工程と
   を含む
   太陽電池モジュールの製造方法。
6. 前記基板が絶縁性のフィルム基板であり、
   前記積み重ね工程が、
   前記太陽電池素子の前記発電領域を覆って配置された前記酢酸ブロック封止材シートを前記受光面に対して接着させた仮ラミネート体を形成する工程
   を含んでおり、
   前記積み重ね体が、前記第１のＥＶＡシートと、前記仮ラミネート体と、該仮ラミネート体の前記酢酸ブロック封止材シートの側に配置された前記第２のＥＶＡシートと、前記保護シートとをこの順に含むものである
   請求項５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
7. 前記太陽電池素子が前記受光面と前記背面とを連通する貫通孔を有するものであり、
   前記ラミネート工程を終えた前記太陽電池モジュールにおいて、前記酢酸ブロック封止材シートの材質と、前記第１のＥＶＡシートの材質とが、前記貫通孔を通して互いに熱溶着している
   請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
8. 前記酢酸ブロック封止材シートの材質がポリエチレンである
   請求項５乃至請求項７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。

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