JP2013225548A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】度重なる折り曲げに強い太陽電池モジュールを提供することにある。
【解決手段】この太陽電池モジュールは、フィルム基板１上に、第一電極層２、光電変換層３、第二電極層４の順に製膜して形成した薄膜太陽電池セル１０を複数備え、複数の薄膜太陽電池セル１０どうしが、フィルム基板１と一体又は別体の可撓性を有するフィルム基板２１ａ上に薄膜電極からなる配線部２２ａが形成された配線材２０ａを介して、電気的に直列又は並列に接続されており、配線材２０ａの部分で折り曲げ可能とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、折り曲げ可能に構成された太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを電気的に直列又は並列に接続し、所定の出力が得られるように設計されている。

また、太陽電池セルどうしを接続する配線材の部分で折り曲げて収納できるようにした太陽電池モジュールがある。

特許文献１には、長手方向の所定長さ間隔ごとに複数の折り曲げ可能部を有し、全体として長方形をなすシートと、前記シートの折り曲げ可能部相互間のシート短幅方向に並設した複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を電気的に接続する電線路と、上記シートの長手方向端部に設けられ、ザックなどに展開した状態で取付ける場合に使用するための部材とからなり、使用時には展開し、不使用時には折りたたんでザックなどに収納できるようにした太陽電池電源装置が開示されている。

特開平９−５１１１８号公報

従来では、銅箔リード線や、フレキシブルプリント配線等を配線材として用い、太陽電池セルを接続していた。

しかしながら、厚みがある配線材の場合、折り曲げを繰りかえし行うと断線する恐れがあった。また、リード線やフレキシブルプリント配線を別途用意する必要があったので、コストが嵩む問題があった。

よって、本発明の目的は、度重なる折り曲げに強い太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の太陽電池モジュールは、フィルム基板上に、第一電極層、光電変換層、第二電極層の順に製膜して形成した薄膜太陽電池セルを複数備え、前記複数の薄膜太陽電池セルどうしが、前記フィルム基板と一体又は別体の可撓性を有するフィルム基板上に薄膜電極からなる配線部が形成された配線材を介して、電気的に直列又は並列に接続されており、前記配線材の部分で折り曲げ可能とされていることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、前記薄膜太陽電池セル及び前記配線材が、非受光面側に封止材を介して接合された裏面保護層と、受光面側に封止材を介して接合された表面保護層とによって覆われていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記薄膜太陽電池セルと前記配線部とが共通のフィルム基板上に形成されており、前記配線部は、前記第一電極層を形成する際に同時に形成されたものであることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールは、前記配線部が、前記薄膜太陽電池セルとは別体のフィルム基板上に形成されており、該配線部が形成されたフィルム基板を介して、前記薄膜太陽電池セルどうしが接続されていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールによれば、複数の薄膜太陽電池セルどうしが、フィルム基板と一体又は別体の可撓性を有するフィルム基板上に薄膜電極からなる配線部が形成された配線材を介して接続されているので、配線材の部分で折り曲げを繰り返しても、配線材のフィルム基板が可撓性を有するため折り曲げ抵抗が小さく、度重なる折り曲げに優れている。また、配線材の厚みは薄いので、太陽電池モジュールをよりコンパクトに折り曲げて収容できる。

また、薄膜太陽電池セルは、製造工程上、光電変換層を形成する領域以外の部分にも第一電極層を形成しておき、発電領域となる部分に光電変換層、第二電極層を製膜して製造するので、フィルム端部等の発電領域以外の部分にも電極層が形成されている。これらの部分は、従来はカットして廃棄していたが、本発明では、該部分を配線材として利用することができるので、従来では廃材となっていた部分を有効利用して材料コストを抑えることができる。

本発明の太陽電池モジュールの一実施形態の平面図である。 同太陽電池モジュールの背面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 同太陽電池モジュールを配線材の部分で折り曲げた状態図である。 本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の平面図である。 同太陽電池モジュールの背面図である。 図６のＣ−Ｃ断面図である。 図６のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態の変形例のＣ−Ｃ断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の太陽電池モジュールの一実施形態について、図１〜４を用いて説明する。図１は同太陽電池モジュールの平面図であり、図２は同太陽電池モジュールの背面図であり、図３は図１のＡ−Ａ断面図であり、図４は図１のＢ−Ｂ断面図である。なお、図３，４は、模式断面図であって、実際の厚さより各層を厚く表現しており、実際の厚さを反映するものではない。

この太陽電池モジュールは、図３，４に示すように、フィルム基板１上に、第一電極層２、光電変換層３、第二電極層４の順に製膜して形成したシート状の薄膜太陽電池セル１０が複数（この実施形態では２枚）並んで配設されている。

フィルム基板１は、耐熱性に優れるものを好ましく用いることができる。例えば、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、アラミドなどの可撓性フィルム基板を好ましく用いることができる。可撓性フィルム基板を用いることで、フレキシブルな太陽電池セル集合体とすることができる。

第一電極層２、第二電極層４のうち、光入射側に配置される電極層（この実施形態では、第二電極層４）は、ＩＴＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物で形成される。また、光入射側とは反対に配置される電極層（この実施形態では、第一電極層２）は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などの導電性金属で形成される。また、これらの導電性金属で形成される層（以下、導電性金属層という）に、ＩＴＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物で形成される層（以下、透明導電性酸化物層という）が積層されていてもよい。

各電極層の形成方法は特に限定は無い、各種電極材料を、蒸着法、スパッタ法、鍍金など当該技術において知られている任意の製膜方法で製膜して形成できる。

光電変換層３としては、特に限定はない。微結晶シリコン系半導体層、アモルファスシリコン系半導体層、アモルファスシリコンゲルマニウム系半導体層、ＣＩＧＳ系半導体層等が挙げられる。更に、光電変換層３は、半導体セルが複数層積層した多接合構造であってもよい。

隣接する薄膜太陽電池セル１０，１０は、フィルム基板１から延出されたフィルム基板２１ａ上に薄膜電極からなる配線部２２ａを形成してなる配線材２０ａの配線部２２ａを介して、電気的に直列又は並列に接続している。図１，２に示すように、この実施形態では、配線材２０ａは、フィルム基板１を打ち抜くことによって、薄膜太陽電池セル１０の上下両端を接続するように２ヶ所に形成されている。このように、この実施形態では、薄膜太陽電池セル１０と配線部２２ａとが共通のフィルム基板上に形成されており、薄膜太陽電池セル１０の第一電極層２と、配線材２０ａの配線部２２ａとが一体に形成されている。

この配線部２２ａは、薄膜太陽電池セル１０の製造時において、フィルム基板１上に第一電極層２を形成する際に同時に形成することができる。すなわち、フィルム基板１上に、薄膜太陽電池セル１０の第一電極層２をなす薄膜電極と、配線部２２ａをなす薄膜電極とを製膜し、薄膜太陽電池セル１０を形成する部分には、更に光電変換層３、第二電極層４を製膜することで、薄膜太陽電池セル１０と配線部２２ａとが共通のフィルム基板上に形成されて、隣接する薄膜太陽電池セル１０，１０が配線部２２ａを介して電気的に接続した太陽電池モジュールを製造できる。

なお、配線材２０ａは、隣接する薄膜太陽電池セル１０，１０の間の全域を連結するように形成されていてもよいが、可撓性を向上させるため、隣接する薄膜太陽電池セル１０，１０の導通を確保できる程度の線幅を残して、それ以外の部分のフィルム基板及び電極層が除去されて配線材が形成されていることが好ましい。

薄膜太陽電池セル１０の受光面側には、封止材３１ａを介して接合された表面保護層３２が配置されている。また、薄膜太陽電池セル１０の非受光面側には、封止材３１ｂを介して接合された裏面保護層３３が配置されている。そして、封止材３１ａ，３１ｂにより薄膜太陽電池セル１０の外周が被覆されている。

封止材としては、特に限定はない。エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、又はポリイソブチレン等の樹脂材料からなるフィルムで、ある程度の接着性を有しているものが好ましい。

表面保護層３２としては、透明性、耐候性、耐熱性、防水性に優れた材料が好ましい。例えば、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、３フッ化塩化エチレン樹脂、ＥＴＦＥ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、アクリル樹脂、３フッ化塩化エチレン樹脂コートアクリル樹脂、又はポリエステル樹脂等のフィルムが挙げられる。

裏面保護層３３としては、防水性、耐熱性、耐候性に優れた材料が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、３フッ化塩化エチレン樹脂、ＥＴＦＥ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、アクリル樹脂、３フッ化塩化エチレン樹脂コートアクリル樹脂、又はポリエステル樹脂等のフィルムが挙げられる。また、使用環境によっては、皮革、人工皮革（合皮、スエードなど）も利用でき、防水性、耐熱性を問わない用途に使用する場合や、意匠性を必要とする場合は、布製（織物、フェルト、不織布など）を使用してもよい。

この太陽電池モジュールは、薄膜太陽電池セル１０，１０が、可撓性を有するフィルム基板２１ａ上に形成された薄膜電極からなる配線部２２ａを介して接続されているので、図５に示すように、配線部２２ａが形成されたフィルム基板２１ａの部分で折り曲げを繰り返しても折り曲げ抵抗が小さく、配線材２０ａの部分で折り曲げを繰り返しても断線等が生じ難い。また、配線材２０ａは、フィルム基板２１ａと薄膜電極からなる配線部２２ａとで構成されているので、厚みが薄く、折り曲げ半径を小さくでき、太陽電池モジュールをよりコンパクトに折り曲げて収容できる。

また、図１に示すように、この実施形態では、隣接する薄膜太陽電池セル１０，１０の導通を確保できる程度の線幅を残し、それ以外の部分のフィルム基板及び電極層を除去して配線材２０ａを形成したので、折り曲げ抵抗をより小さくできる。

また、この実施形態では、薄膜太陽電池セル１０と配線部２２ａとが共通のフィルム基板上に形成されており、薄膜太陽電池セル１０のフィルム基板１及び第一電極層２と、配線材２０ａのフィルム基板２１ａ及び配線部２２ａとが一体となって構成されているので、リード線やプリント配線など配線材を別途用意する必要がなく、材料コストを抑えることができる。

なお、この実施形態では、フィルム基板１を打ち抜き、残した箇所を配線部２２ａとする構成としているが、フィルム基板１は打ち抜かずに、配線部２２ａを形成する箇所以外をマスクして製膜するようにしても良い。

また、この実施形態では、第一電極層２の延長部を配線部２２ａとしているが、フィルム基板１の非受光面側に、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などの導電性金属や、ＩＴＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物により第三電極層を形成し、第三電極層の延長部を配線部としてもよい。この場合においても、配線部は、基板１を打ち抜いて形成する構成であってもよく、配線部２２ａを形成する箇所以外をマスクして製膜し、形成する構成であっても良い。

（第２の実施形態）
本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態について、図６〜９を用いて説明する。図６は同太陽電池モジュールの平面図であり、図７は同太陽電池モジュールの背面図であり、図８は図６のＣ−Ｃ断面図であり、図９は図６のＤ−Ｄ断面図である。なお、図８，９も、図３，４と同様な模式断面図である。

この太陽電池モジュールは、フィルム基板１の受光面側に薄膜太陽電池セル１０が形成され、非受光面側に、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などの導電性金属で構成された第三電極層５が形成されおり、薄膜太陽電池セル１０と第三電極層５が導通している。そして、第三電極層５に、別体のフィルム基板２１ｂ上に薄膜電極からなる配線部２２ｂが形成された配線材２０ｂの配線部２２ｂが当接して、隣接する薄膜太陽電池セル１０，１０が、配線材２０ｂを介して電気的に接続している点が上記実施形態と相違する。

なお、薄膜太陽電池セル１０と配線材２０ｂは、図１０に示すように、第三電極層５に配線材２０ｂのフィルム基板２１ｂを当接させ、リード線２５により両者を導通させて、隣接する薄膜太陽電池セル１０，１０を電気的に接続してもよい。

配線材２０ｂのフィルム基板２１ｂは、可撓性を有するものであればいずれも好ましく用いることができる。

配線材２０ｂの配線部２２ｂは、導電性を有するものであればいずれも好ましく用いることができる。例えば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などの導電性金属、ＩＴＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物等が挙げられる。

本発明において、配線材２０ｂは、薄膜太陽電池セルの製造時に、フィルム端部や発電領域間等の、光電変換層を形成する領域以外の部分であって、フィルム基板上に電極層のみが形成されている部分をカットして用いることが好ましい。

薄膜太陽電池セルは、製造工程上、光電変換層を形成する領域以外の部分にも第一電極層を形成しておき、発電領域となる部分に光電変換層、第二電極層を製膜して薄膜太陽電池セルを製造するので、光電変換層を形成する領域以外の部分にも電極層が形成されていることがある。これらの部分は、従来はカットして廃棄していたが、本発明では、該部分を配線材として利用することができるので、廃材を有効利用して材料コストを抑えることができる。

１：フィルム基板
２：第一電極層
３：光電変換層
４：第二電極層
５：第三電極層
１０：薄膜太陽電池セル
２０ａ、２０ｂ：配線材
２１ａ、２０ｂ：フィルム基板
２２ａ、２２ｂ：配線部
２５：リード線
３１ａ，３１ｂ：封止材
３２：表面保護層
３３：裏面保護層

Claims (4)

1. フィルム基板上に、第一電極層、光電変換層、第二電極層の順に製膜して形成した薄膜太陽電池セルを複数備え、
   前記複数の薄膜太陽電池セルどうしが、前記フィルム基板と一体又は別体の可撓性を有するフィルム基板上に薄膜電極からなる配線部が形成された配線材を介して、電気的に直列又は並列に接続されており、
   前記配線材の部分で折り曲げ可能とされていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記薄膜太陽電池セル及び前記配線材が、非受光面側に封止材を介して接合された裏面保護層と、受光面側に封止材を介して接合された表面保護層とによって覆われている請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記薄膜太陽電池セルと前記配線部とが共通のフィルム基板上に形成されており、前記配線部は、前記第一電極層を形成する際に同時に形成されたものである請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記配線部が、前記薄膜太陽電池セルとは別体のフィルム基板上に形成されており、該配線部が形成されたフィルム基板を介して、前記薄膜太陽電池セルどうしが接続されている請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。