JP2014099485A

JP2014099485A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2014099485A
Application number: JP2012249837A
Authority: JP
Inventors: Naomichi Ohashi; 直倫大橋; Yasuhiro Suzuki; 康寛鈴木; Hirohisa Hino; 裕久日野; Hideki Miyagawa; 秀規宮川; Arata Kishi; 新岸
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-29
Anticipated expiration: 2032-11-14
Also published as: JP6010758B2

Abstract

【課題】太陽電池セルの受光面側への裏面白色樹脂の回りこみを防止するとともに、セルの隙間やセルを通過した光を白色樹脂により効果的に反射させ、太陽電池セルへと集光することで、高い発電効率を有する太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】太陽電池セルの受光面、裏面をともに樹脂で封止している太陽電池モジュールであって、受光面のセル上以外の樹脂に含まれる白色フィラー濃度が０．２〜２１ｗｔ％であることを特徴とすることで、裏面の樹脂がセルの受光面へ回りこむことなく高い発電効率を有する太陽電池モジュールを作製することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池セルを反射性の高い封止構造によって封止することで高い発電効率を有する太陽電池モジュール関するものである。

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、新規エネルギー源として期待されている。従来の太陽電池モジュールは、図５に示すようにガラス１２と裏面保護シート１６との間に、受光面樹脂１７と裏面樹脂１５により封止された太陽電池セル１１を備えるものが一般的である。

このような太陽電池モジュールは、ガラス１２、受光面樹脂１７、太陽電池セル１１、裏面樹脂１５、裏面保護シート１６をこの順で積層し、加熱加圧することで接着一体化させて製造されている。

このような太陽電池モジュールにおいては、ガラス１２から入射した光を効率よく太陽電池セル１１に集光することが発電効率の向上のために求められている。この目的のために、裏面樹脂１５に着色剤を含むＥＶＡ樹脂組成物を成膜してなる着色ＥＶＡフィルムを用いることが提案されている（例えば、特開平６−１７７４１２号公報）。

ガラス１２の表面から入射した光のうち、太陽電池セル１１の隙間を通過する光や、太陽電池セル１１を透過した光は、そのまま裏面保護シート１６を通過して、発電に寄与することなく通り抜けてしまう。このため、発電に寄与する光は、太陽電池モジュールに入射した光のうち、直接、太陽電池セル１１に入射し、かつ、吸光された光に限定される。

しかし、裏面樹脂１５用ＥＶＡフィルムとして着色剤を含むものを用いると、この着色ＥＶＡフィルムと、受光面樹脂１７用の透明ＥＶＡフィルムとの界面における光の反射や着色剤による乱反射で、太陽電池用セル１同士の間に入射した光や、セルを通過した光を乱反射し、再度セルに入射させることができる。この結果、太陽電池モジュールに入射した光の利用効率が高まり、発電効率が向上する。

特開平６−１７７４１２号公報

しかしながら、着色した裏面樹脂１５を用いた構成では、加熱加圧して接着一体化させる工程の際に着色した裏面樹脂１５が溶融、流動して太陽電池セル１１の受光面側に回りこみ、発電に関与する太陽光を遮ってしまうため太陽電池の性能が損なわれるという問題を有している。

また、太陽電池セル１１間の利用ができていない。さらに、裏面樹脂１５の反射効率が高くなく十分に光を反射できていない。

本発明は、前記従来の問題を解決するもので、太陽電池セル１１の受光面側への着色樹脂の回りこみを防止するとともに、太陽電池セル１１間や、太陽電池セル１１を通過した光を効果的に反射させ、太陽電池セル１１へと集光することで、高い発電効率を有する太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セルと、前記太陽電池セルの受光側表面上の第１樹脂層と、前記太陽電池セル側面間の第２樹脂層と、前記太陽電池セルの裏面側の第３樹脂層とからなり、第２樹脂層と第３樹脂層はともに金属酸化物の白色フィラーを含む太陽電池モジュールを用いる。

以上のように、本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池セル間や、通過した光が、受光面の太陽電池セル上以外の樹脂及び、裏面樹脂により反射され、再度太陽電池セルに入射させることができ、発電効率が向上する。また、受光面の太陽電池セル上の樹脂をＵＶで硬化する液状樹脂、裏面の樹脂を熱で硬化する液状樹脂にすることで、本発明を特徴とする太陽電池モジュールを容易に製造することができる。

本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの断面図本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの受光面樹脂を上から見た平面図表１の実施例、比較例のフィラー濃度と発電効率の関係を示すグラフ表２の実施例、比較例のフィラー濃度と発電効率の関係を示すグラフ従来の太陽電池モジュールを示す図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における太陽電池モジュールの断面図である。図１、２において、図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１において、太陽電池セル１１は、太陽電池セル１１上の受光面を覆う上面樹脂１３と、太陽電池セル１１の側面（太陽電池間）を覆う側面樹脂１４によって被覆されている。また、太陽電池セル１１の裏面側では、裏面樹脂１５により、太陽電池セル１１が被覆されている。上面樹脂１３には着色フィラーは含まれておらず無色透明である。裏面樹脂１５には白色フィラーが０．３ｗｔ％以上含まれており白色である。側面樹脂１４に含まれる白色フィラー濃度は、０．２〜２１ｗｔ％である。

また、受光面側（図の上方）の上面樹脂１３の太陽電池セル１１と対向する面にはガラス１２と接触している。さらに、裏面樹脂１５の太陽電池セル１１と対向する側には、裏面保護シート１６と接触している。裏面保護シート１６には、ＰＥＴ（ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルム等を用いることができる。

また、図２は、図１の太陽電池モジュールをガラス１２の上（受光面側）から見た平面図であり、上面樹脂１３と、側面樹脂１４の面内の配置を表している。

かかる構成において、裏面樹脂１５に含まれる白色フィラー濃度を０．３ｗｔ％以上とし、側面樹脂１４に含まれる白色フィラー濃度を、０．２〜２１ｗｔ％とすると、以下の効果がある。側面樹脂１４へ照射された光や、太陽電池セル１１、側面樹脂１４を通過した光が、側面樹脂１４や裏面樹脂１５により反射され、再度、太陽電池セル１１に入射させることができ、発電効率が向上する。

なお、本実施の形態において、上面樹脂１３の上側にガラス１２を用いたが、無くても良いし、ガラス１２の代わりに透明の樹脂を用いても良い。また、裏面樹脂１５の太陽電池セル１１の対面側に裏面保護シート１６を用いたが、無くても良い。
（実施例の製法）
以下、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法について、実施例を挙げて具体的に説明する。但し、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。

以下のようにして、実施例に係る太陽電池モジュールを作製した。

まず、多結晶Ｓｉと電極、配線からなる一辺が１２ｃｍの正方形状の太陽電池セル１１を準備した。

次に、一辺が１１４ｃｍガラスにアクリル系樹脂とベンゾフェノン系の光重合開始から構成される液状の上面樹脂１３を塗布した。

次に、一辺が１１４ｃｍであり、かつ中央に一辺が１２．１ｃｍの正方形状で切り抜かれたステンレス製のマスクをガラス１２と合わせるように置き、３６５ｎｍを主波長とする高圧ＵＶランプを９０秒照射することで、中央の１２．１ｃｍの正方形状の上面樹脂１３の部分のみ硬化させた。

次に、硬化した上面樹脂１３の部分に合わせて上記太陽電池セル１１を搭載した。

次に、エポキシ系樹脂と酸無水物系の硬化剤、白色フィラーとしてのＴｉＯ２から構成される、液状の側面樹脂１４を、太陽電池セル１１間に塗布し、さらに、エポキシ系樹脂と酸無水物系の硬化剤、白色フィラーとしてのＴｉＯ２から構成される、液状の裏面樹脂１５を、太陽電池セル１１の裏面と側面樹脂１４の裏面へ塗布した。

なお、ＴｉＯ２は平均粒径１０μｍである。また側面樹脂１４と裏面樹脂１５の白色フィラー濃度は異なる。粒子径の範囲は、光の反射性、ペーストの均一性から、５〜５０μｍが好ましい。

また、この時、受光面のセル上以外の側面樹脂１４と裏面樹脂１５とは未硬化であるため、お互いに混ざり合う。混ざり合うことで、硬化後に側面樹脂の反射率が向上し、出力が向上する。次に、ＰＥＴ系樹脂からなる裏面保護シート１６を裏面樹脂１５の裏面に搭載し、この太陽電池モジュール全体を１２０℃で２０分間加熱し、また、表面から３６５ｎｍを主波長とする高圧ＵＶランプを９０秒照射することで、裏面樹脂１５及び受光面の側面樹脂１４を硬化させた。

以上により、本実施例では、太陽電池モジュールが作製された。

上面樹脂１３の樹脂は、紫外線で硬化する液状の樹脂とし、裏面樹脂１５は熱で硬化型の樹脂を用いた。このことで、紫外線の硬化で、１分以内の短時間硬化を可能とした。裏面樹脂１５は透明でなく、白色フィラーのため、紫外線での硬化が不可能のため、熱で硬化（２０分程度要する）させた。

白色フィラーとしては、ＴｉＯ２以外に酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、シリカ、酸化マグネシウムも白色であり用いることができる。側面樹脂と裏面樹脂は、同じ樹脂を用いることができる。

この発明では、太陽電池セル１１の厚みは、１２０μｍ、セル厚みは１２０μｍ、上面樹脂厚みは５００μｍ、下面樹脂厚みは５００μｍとした。
（実施例、比較例）
本発明の効果を実証するため、上記の方法で、実施例１〜１２及び比較例１〜５の太陽電池モジュールを製造し、評価を行った。各実施例、比較例における上面樹脂１３及び側面樹脂１４の白色フィラー濃度、裏面樹脂１５の構成について表１及び２にまとめた。

上面樹脂１３は、アクリル樹脂系透明樹脂を用いた。裏面樹脂１５はエポキシ系白色樹脂を用いた。

白色フィラーの濃度は、樹脂全体に占める白色フィラーの質量比を表す。

実施例及び比較例との違いは、裏面樹脂１５、側面樹脂１４に含まれる白色フィラー濃度だけである。

実施例及び比較例の太陽電池モジュールでは、ガラス１２や太陽電池セル１１、受光面の樹脂、裏面樹脂１５、裏面保護シート１６など全て同じ部材を使用した。製造方法は、上記方法を使用した。

（評価方法）
また、上記実施例及び比較例に係る太陽電池モジュールについて、発電効率と受光面のセル上への白色樹脂の回りこみの評価を行った。各５サンプルで評価した。それぞれの評価方法は下記の通りである。

発電効率評価方法：（株）三永電機製作所社製、型番ＸＥＳ−１５１Ｓ−ＦＬのソーラーシュミレーターを用い、発電効率を評価した。比較例１に対しての増減の値を表す。誤差は０．１％あり、０．１％よりも大きい場合を合格として判定した。

セル上への白色樹脂回りこみ評価方法：作製後の太陽電池モジュールについて、裏面
樹脂のセル受光面への回りこみが５ｍｍ²以上あれば×、なければ○とした。

これらの評価結果を表１、２に示す。
（１）表１では、側面樹脂１４のフィラー濃度を一定にし、裏面樹脂１５のフィラー濃度を変化させた。

実施例１〜６と比較例１、２との比較により、裏面樹脂１５の白色フィラー濃度が０．３ｗｔ％以上８０ｗｔ％までで発電効率が向上したことが確認される。裏面樹脂１５のフィラー濃度は高いほど良いが、９０ｗｔ％以上では濃度が高くなりすぎ、太陽電池モジュールの製造が困難となる。

なお、比較例１と２とでは、誤差範囲内で発電効率に有意義な差はなかった。

これは、裏面樹脂１５に白色フィラーを含有することで反射率が向上したためである。

表１の結果を図３にグラフ化した。フィラー濃度が少しでもあると発電効率が向上する。特に０．３％のところで、変化がある。少なくとも０．３％以上あるとよい。０．３％より少ないと、発電効率がばらつく。

また、４０％以上では、変化なく飽和していることがわかる。

なお、表１の実施例、比較例では、側面樹脂１４セル上への白色樹脂回りこみ評価方法では、回り込みが発生していなかった。

（２）表２では、裏面樹脂１５のフィラー濃度を一定にして、側面樹脂１４のフィラー濃度を変化させています。

実施例７〜１２と比較例３〜５との比較では、側面樹脂１４の白色フィラー濃度は０．２〜２１ｗｔ％の場合に、発電効率向上に効果があることが分かる。これは、側面樹脂１４の白色フィラー濃度は０．２ｗｔ％より小さいと反射率向上が見られないため、発電効率が向上せず、一方、２１ｗｔ％より大きいと、発電効率は向上すると予想されるが、白色フィラーがセル受光面へ回りこむことにより遮光され、発電効率が低下するためと考えられる。

表２を図４にグラフ化した。フィラー濃度が少しでもあると発電効率が向上する。特に０．２％のところで、変化がある。少なくとも０．２％以上あるとよい。０．２％より少ないと、発電効率がばらつく。

また、１６％より高濃度では、発電効率が低下していることがわかる。これは、太陽電池セル１１上へフィラーがのりあげ、光の一部を遮蔽しているためと考えられる。２１％までが発電効率を上げる限界である。２１％を超えると、発電効率が従来より下がる可能性が高い。

（３）側面樹脂１４と裏面樹脂１５とは、それぞれ独立した場所に配置されているため、それぞれのフィラー濃度が相互作用なく独立している。上記側面樹脂１４と裏面樹脂１５におけるフィラー濃度のよい範囲は、相互作用がなく、影響を受けない。ただし、光の経路の関係で、それぞれのフィラー濃度が、発光効率に影響する。

本発明の太陽電池モジュールは、受光面全体が透明である太陽電池モジュールよりも高い発電効率を有し、発電素子によらず、太陽電池モジュール一般に使用することができる。

１１太陽電池セル
１２ガラス
１３上面樹脂
１４側面樹脂
１５裏面樹脂
１６裏面保護シート
１７受光面樹脂

Claims

太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの受光側表面上の第１樹脂層と、
前記太陽電池セル側面間の第２樹脂層と、
前記太陽電池セルの裏面側の第３樹脂層とからなり、
前記第２樹脂層と前記第３樹脂層とは、金属酸化物の白色フィラーを含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記第２樹脂層に含まれる第１白色フィラー濃度は、０．２ｗｔ％以上２１ｗｔ％以下であり、前記第３樹脂層に含まれる第２白色フィラーの濃度は０．３ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
前記第１白色フィラーと、前記第２白色フィラーとは同じ化合物であることを特徴とする請求項２記載の太陽電池モジュール。
前記第１樹脂層の樹脂は、紫外線で硬化する樹脂であり、前記第３樹脂層の樹脂は熱で硬化型の樹脂であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第３樹脂層は、エポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。