JP2016046350A - インターコネクタ用光拡散部材及びこれを備える太陽電池用インターコネクタ、並びに太陽電池モジュール - Google Patents

インターコネクタ用光拡散部材及びこれを備える太陽電池用インターコネクタ、並びに太陽電池モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】太陽電池セルの表面に入射する光量を従来よりも増大させることができ、優れた発電効率を実現することができるインターコネクタ用光拡散部材及びこれを備える太陽電池用インターコネクタを提供する。
【解決手段】インターコネクタ用光拡散部材3は、隣接する太陽電池セル6を接続するインターコネクタ1の前記太陽電池セル6とは逆側の面に配置され、樹脂と無機粒子とを含んでなる光拡散層3aを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、結晶系シリコン太陽電池等に適用できるインターコネクタ用光拡散部材及びこれを備える太陽電池用インターコネクタ、並びに太陽電池モジュールに関する。
太陽電池用インターコネクタは、結晶系シリコン太陽電池等において、隣接する太陽電池セルどうしを電気的に接続して集電するための配線材である。この配線材は、全表面半田被覆基材で構成され、銅などで構成される平角状の金属基材に下地メッキを施した後、半田溶融めっきにより平角状の金属基材の全表面を被覆することにより形成される。
上記の全表面半田被覆基材としては、例えば、平角状の銅基材の表面にSn−Bi−Ag系半田めっきを施してなる部材が知られており、これを太陽電池用インターコネクタに適用する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。このような太陽電池用インターコネクタの場合、平角状の金属基材で構成されているので、このインターコネクタの部分が影となって光を遮ってしまい、結果として太陽電池セルの発電効率を低減させる要因となっている。しかも、半田めっき金属自体にも可視光の吸収があるので、反射光が低下する原因となり、入射した光を有効に利用できていないという欠点を有している。このような観点から、太陽電池セルの発電効率を向上させるための技術が種々提案されている。例えば、太陽電池用インターコネクタに60度のフェース角を有する溝をパターン成形し、インターコネクタで反射される光をガラス−空気間で内部全反射させることで、太陽電池セルの表面(吸収体)に光を効率よく入射させるという方法が提案されている(例えば、特許文献2等を参照)。この場合の溝は、スズめっきした平角状の銅基材にダイアモンド旋削心棒圧延技術を用いることでパターン形成される。
特開2002−217434号公報 特表2009−518823号公報
上記の方法では、太陽電池用インターコネクタで反射される光を有効に活用することはできるものの、パターン化される半田めっき金属自体にやはり可視光の吸収があるため、反射される光は80%程度まで低下してしまう。そのため、太陽電池セルの発電効率については依然として改善の余地が残されていた。また、上記技術では別途パターン形成する工程が必要であるので、製作工程が複雑になるという問題も有している。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、太陽電池セルの表面に入射する光量を従来よりも増大させることができ、優れた発電効率を実現することができるインターコネクタ用光拡散部材及びこれを備える太陽電池用インターコネクタを提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記太陽電池用インターコネクタを備える太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、樹脂と無機粒子とを含んでなる光拡散層を太陽電池用インターコネクタに設けることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記のインターコネクタ用光拡散部材、太陽電池用インターコネクタ及び太陽電池モジュールに関する。
1.隣接する太陽電池セルを接続するインターコネクタの前記太陽電池セルとは逆側の面に配置され、樹脂と無機粒子とを含んでなる光拡散層を備えることを特徴とする、インターコネクタ用光拡散部材。
2.波長400nm以上800nm以下までの可視光の平均吸収率が10%以下であり、かつ、45度入射時における反射角45度のL*値と45度入射時における反射角75度のL*値との平均値を、45度入射時における反射角15度のL*値で除した値で定義される光拡散率が90%以上である、上記項1に記載のインターコネクタ用光拡散部材。
3.前記樹脂は、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸ビニル共重合体、接着性ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種類を含有する、上記項1又は2に記載のインターコネクタ用光拡散部材。
4.前記光拡散層は蛍光体をさらに含む、上記項1〜3のいずれか1項に記載のインターコネクタ用光拡散部材。
5.上記項1〜4のいずれか1項に記載のインターコネクタ用光拡散部材を備える太陽電池用インターコネクタ。
6.上記項5に記載の太陽電池用インターコネクタを備える太陽電池モジュール。
本発明に係るインターコネクタ用光拡散部材は、光の反射性能及び拡散性能に優れるため、これを太陽電池用インターコネクタの太陽電池セル側とは逆側の面に設けることで、太陽電池モジュールの発電効率を高めることができる。すなわち、太陽電池モジュールに入射した光は、インターコネクタ用光拡散部材によって拡散及び反射し、この拡散及び反射した光が太陽電池モジュール表面のガラスで反射して太陽電池セルに入射する。その結果、太陽電池セルに入射する光量が増大して、発電効率が向上する。
本発明に係る太陽電池用インターコネクタは、上記インターコネクタ用光拡散部材を備えるので、太陽電池モジュールに組み込むことで、太陽電池の発電効率を向上させることができる。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、上記太陽電池用インターコネクタを備えるので、優れた発電効率を有する。
本発明のインターコネクタ用光拡散部材を備える太陽電池モジュールの実施の形態の一例を示す概略断面図である。 インターコネクタ用光拡散部材を設けていない太陽電池モジュールの平面図であり、太陽電池セルがインターコネクタで接続されている状態を示す概略図である。 同上の太陽電池モジュールの断面図であって、図2のa−a線に沿って切断したときの太陽電池モジュールの断面である。 本発明のインターコネクタ用光拡散部材を備える太陽電池モジュールの実施の形態の一例を示す平面図であり、インターコネクタに光拡散部材を設けられている状態を示す概略図である。 同上の太陽電池モジュールの断面図であって、図4のb−b線に沿って切断したときの太陽電池モジュールの断面である。 本発明のインターコネクタ用光拡散部材を備える太陽電池モジュールの他の実施の形態の一例を示す平面図であり、インターコネクタに光拡散部材を設けられている状態を示す概略図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、インターコネクタ用光拡散部材3を備える太陽電池モジュールAの実施の形態の一例を示す概略断面図である。本実施形態の太陽電池モジュールAは、太陽電池セル6と、インターコネクタ1と、インターコネクタ用光拡散部材3と、強化ガラス7と、封止材8と、裏面保護シート9とを備える。
太陽電池セル6は、受光した光を光電変換して電力を生成する機能を有する部材である。この太陽電池セル6は、通常は太陽電池モジュールAにおいて複数設けられる。
図2及び3にはそれぞれ、インターコネクタ用光拡散部材3を設けていない太陽電池モジュールの平面図及びその断面図を示している。尚、図2では、強化ガラス7や封止材8は省略して示している。また、図3は、図2におけるa−a線の断面であり、この図3では、強化ガラス7や封止材8を表して示している。
図2,3からわかるように、複数の太陽電池セル6は、太陽電池モジュールAの略全面にわたって所定の間隔をおきながら縦方向及び横方向に設けられて、格子状に配置されている。
インターコネクタ1は、隣接する太陽電池セルを電気的に接続するための部材であり、例えば、図2,3に示すように長尺のリボン状に形成されており、導電性を有する部材である。隣接する太陽電池セル6において、一方の太陽電池セル6表面にインターコネクタ1の一端が接合され、他方の太陽電池セル6の裏面にインターコネクタ1の他端が接合されることで、太陽電池セル6どうしが相互に電気的に結合される。現在広く使用されている片面受光P型シリコン太陽電池セルでは、受光面が負極、非受光面が正極である。通常、インターコネクタ1は、図2及び図3のように太陽電池セル6の受光面と他方の太陽電池セル6の非受光面とで電気的に直列接合される。
図4及び5にはそれぞれ、インターコネクタ用光拡散部材3を設けた太陽電池モジュールの平面図及びその断面図を示している。尚、図4では、強化ガラス7や封止材8は省略して示している。また、図5は、図4におけるb−b線の断面であり、この図5では、強化ガラス7や封止材8を表して示している。
インターコネクタ1の太陽電池セル6側とは反対側の面にはインターコネクタ用光拡散部材3(以下「光拡散部材3」と略記することがある)が設けられている。すなわち、光拡散部材3は、インターコネクタ1の太陽光の受光側の面に設けられている。この光拡散部材3は、入射した光を拡散及び反射させる機能と反射させる機能とを有する部材である。光拡散部材3の構成の詳細については後述する。
光拡散部材3は図4及び図5に示すようにインターコネクタ1本につき、1枚ずつ配置することができ、このようにすることで通常のインターコネクタ自動配線化の製造工程上、生産性が良好となる。
図6のように、光拡散部材3をインターコネクタ単位ではなく、セルストリング1本につき、1枚の長いシートとして光拡散部材3を設けるようにしても良い。ただし、この場合はシートが長いためにそれぞれのインターコネクタについて位置合わせを一括して行う必要があるので、上述のように太陽電池セル6に所定の長さで光拡散部材3を配置した方が製造工程上は好ましい。
封止材8は、複数の太陽電池セル6とインターコネクタ1とを封止して一体化するために設けられている。これにより、太陽電池モジュールAにおいて太陽電池セル6が固定される。そして、この封止材8の表面側、すなわち、太陽光の受光面には強化ガラス7が貼り合わせられている。一方、封止材8の裏面側には、裏面保護シート9が貼り合わせられている。
図1の実施形態の太陽電池モジュールAでは、強化ガラス7側から太陽光が入射した後、この光を太陽電池セル6が受光し、光電変換して電力が生じる。
特に、本実施形態の太陽電池モジュールAでは、インターコネクタ1部分に入射した光「入射光4」は、光拡散部材3で拡散及び反射が起こる。この拡散及び反射された光5は強化ガラス7によって反射され、その後太陽電池セル6で受光される。このような光拡散部材3の入射光の拡散作用及び反射作用により、太陽電池セル6に入射する光量が全体として増大し、結果として太陽電池モジュールA発電効率を向上させることができる。
上記光拡散部材3について以下に詳述する。
光拡散部材3は、少なくとも樹脂と無機粒子とを含んでなる光拡散層3aを備えて形成される(図1参照)。具体的には、光拡散部材3は、樹脂をマトリックスと成分とし、このマトリックス成分中に無機粒子が含有された光拡散層3aを備えて形成される。また、図1の実施形態のように、光拡散部材3は、光拡散層3aに加えて、インターコネクタ1に接着させるための接着層3bを備えていてもよい。
光拡散層3aは、無機粒子を含有する樹脂フィルム、樹脂シート又は樹脂プレート(これらをまとめて「樹脂成形体」ということがある)で形成されていてもよい。
光拡散層3aが無機粒子を含有する樹脂成形体である場合、樹脂の種類としては、特に限定的ではなく、公知の樹脂を使用することができる。樹脂の具体例としては、例えば、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂、その他ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物、ポリビニルアルコール樹脂、ポリカーボネート系樹脂、フッ素系樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、エチレンデトラフルオロエチレン)、ポリ酢酸ビニル系樹脂、アセタール系樹脂、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の中でも、成形性に優れ、所望の拡散性能や反射性能を得やすいという点で、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂であることが好ましい。光拡散層3aに含まれる樹脂は、1種類であってもよいし2種以上であってもよい。光拡散層3aに含まれる樹脂が2種以上含まれる場合には、いわゆるポリマーブレンド、ポリマーアロイ、ポリマーコンポジットの形態であってもよい。また、樹脂は、共重合体やグラフト重合体であってもよい。
上記樹脂フィルムや樹脂シートは、例えば、一軸または二軸方向に延伸して形成することができる。このように形成される場合の樹脂の種類としては、太陽電池モジュールAに対して良好な耐候性や耐湿熱性を付与できるという点で、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンまたはポリプロピレンを主成分としていることが好ましい。樹脂成形体の成形方法としては、Tダイ成形やインフレーション成形を採用することもでき、多層押出機でも成形可能である。樹脂プレートの分子量等については、成形可能な範囲であれば特に制限はない。
無機粒子は、光拡散層3aに光拡散機能及び光反射機能を付与するための重要な材料である。無機粒子の種類は特に限定されないが、例えば、酸化チタン、シリカ、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、ゲルマニウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、炭酸亜鉛、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、アンチモン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化タンタル、酸化セリウム等を使用することができ、その他、マイカ、雲母チタン、タルク、クレー、カオリン等を使用することもできる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、無機粒子は、複数の元素の酸化物で構成されるいわゆる複合酸化物の形態であってもよい。また、無機粒子表面にさらに他の無機微粒子や有機微粒子によって被覆がされていてもよい。
上記無機粒子は、高屈折率、低導電性、耐湿熱性、経時安定性、価格等の観点から酸化チタンを使用することが特に好ましい。酸化チタンの種類としては特に制限はなく、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン等を使用することできるが、優れた光拡散性を付与でき、しかも、長期間にわたって安定な状態が維持されるという点ではルチル型酸化チタンであることが好ましい。
無機粒子の平均粒子径の制限も特にないが、例えば、200nm以上、300nm以下とすることができる。平均粒子径が200nm以上であれば、太陽電池モジュールAの発電に寄与する近赤外光である波長800〜1200nm間の反射率を高くすることでき、より高い発電効率を付与することができる。また、平均粒子径が200nm以上であれば、無機粒子による触媒活性を抑制することができるので、樹脂の劣化を起こしにくくすることができる。一方、平均粒子径が300nm以下であれば、太陽電池モジュールAの発電に大きく寄与する可視光400〜800nm間の反射率を高くすることでき、より高い発電効率を付与することができる。この400〜800nm間の可視光領域の光は、プランクの法則より、800〜1200nm間の長波長領域の光に比べて高エネルギー密度であることが知られているので、結晶シリコン等の太陽電池の発電に特に有利となる。よって、平均粒子径が300nm以下であれば、太陽電池モジュールAの発電効率がさらに高まるという点で特に好ましい。太陽電池モジュールAの発電効率を一層向上させるという観点では、無機粒子の平均粒子径は210nm以上、290nm以下であることがより好ましい。尚、ここでいう平均粒子径とは無機粒子の一次粒子径のことを指し、電子顕微鏡観察により、無作為に選んだ一次粒子10サンプルの粒子径を測定した平均値のことをいう。
光拡散層3aによる光拡散機能は、樹脂と無機粒子との屈折率差や、上記の無機粒子の粒子径に大きく依存することが知られており、所望の光拡散機能に応じて、樹脂と無機粒子との組み合わせを選定すればよい。
無機粒子は、マトリックスである樹脂中に存在する。無機粒子を樹脂中に存在させる方法は特に制限はないが、例えば、原料の樹脂と無機粒子とをあらかじめ混合させた状態で樹脂成形体を成形すれば、無機粒子を含有する樹脂成形体が得ることができる。
無機粒子を樹脂中に分散させやすくすることを目的として、無機粒子をステアリン酸等の脂肪酸、多価アルコールであるポリオール等で被覆することもできる。この場合、樹脂中における無機粒子の分散性が向上するので、光拡散層3aの反射率を向上させることができ、太陽電池モジュールAの発電効率の向上に寄与できる。被覆方法には特に制限はなく、公知の方法を採用することができる。
無機粒子の含有量は、光拡散層3aの全質量に対して5.0質量%以上、60.0質量%以下であることが好ましい。添加量が5.0質量%以上であることで、無機粒子の添加効果が十分に発揮され得る。また、添加量が60.0質量%以下であることで、光拡散層3a自体の引張強度や引裂強度の低下を防ぐことができる。より好ましい無機粒子の含有量は、光拡散層3aの全質量に対して10.0質量%以上50.0質量%以下である。
上記樹脂と無機粒子を含んで形成される光拡散層3aは、単層構造であってもよいし、複数の層が積層されて形成される多層構造であってもよい。多層構造である場合は、各層はすべて同一の材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。特に、多層構造である場合は、各層に添加する無機粒子の種類、粒子径、含有量などは、各々の層の間で変更することができる。
光拡散層3aの厚みは特に限定されないが、例えば、20〜200μmとすることができる。光拡散層3aの厚みが20μm以上であれば、入射光4がインターコネクタ1まで到達して吸収されるおそれが小さくなり、入射光4をより有効に使用できる。また、光拡散層3aの厚みが200μm以下であれば、太陽電池モジュールAを作製する際の真空ラミネート工程時に、太陽電池セル6の破損を防ぎやすい。より好ましい光拡散層3aの厚みは30〜180μm、特に好ましい光拡散層3aの厚みは50〜150μmである。尚、ここでいう光拡散層3aの厚みとは、光拡散層3a全体の厚みを示し、光拡散層3aが多層構造である場合は、各々の層の厚みの合計した値をいう。
光拡散層3aは、上記樹脂と無機粒子を含んで形成されるが、光拡散層3aの光拡散機能を阻害しない程度であればその他の添加剤、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤等が含まれていてもよい。
特に、光拡散層3aは蛍光体を含むことも可能である。この蛍光体としては、波長300〜400nmの紫外線を吸収して波長400〜800nm間に特定の励起ピークをもつような、可視光スペクトルに変換することが可能な蛍光体粒子、いわゆる波長変換粒子が例示される。光拡散層3aが上記蛍光体を含むことにより、本来、発電に利用されない紫外線が可視光に変換されるので、セル発電効率をさらに向上させることができる。
光拡散層3aが蛍光体を含む場合、光拡散層3aを上記したように二層以上の多層構造とし、その最外層に蛍光体粒子を主として含む層が太陽電池セルとは逆側の面に形成されていることが、光拡散部材3の好ましい実施形態となる。この形態の光拡散部材3であれば、入射した紫外線を波長変換した可視光と、入射した可視光を効果的に拡散及び反射させて再度太陽電池セル6に入射させることができる。
上記蛍光体粒子としては、酸化アルミニウムなどの酸化物にイットリウム、ユウロピウムやテルビウムなどの希土類元素を添加した無機蛍光体、シアニン色素などの有機蛍光体、希土類金属にアルキル基などの有機化合物等を配位させた希土類金属錯体などが使用できる。これらの中でも、希土類金属錯体が波長変換効率や長期安定性の観点から好ましい。蛍光体粒子の含有量としては、光拡散層3aの全質量に対して0.1質量%以上、10.0質量%以下であることが好ましい。添加量が0.1質量%以上であることで、蛍光体粒子の添加効果が十分に発揮され得る。また、添加量が10.0質量%以下であることで、光拡散層3a自体の引張強度や引裂強度の低下を防ぐことができる。
光拡散部材3は、光拡散層3aに加えて接着層3bを備えることができる。接着層3bは、図1に示すように光拡散層3aの裏面側、すなわち太陽電池セル6側の面に積層して設けられる。接着層3bを有することで、光拡散部材3がインターコネクタ1に容易に接着され、光拡散部材3とインターコネクタ1との接着性が良好となる。
この場合、接着層3bとしては、インターコネクタ1及び光拡散層3aに対して良好な接着性を示す樹脂で形成させることができる。接着層3bを形成するための樹脂としては、例えば、接着性を有するポリエチレンやポリプロピレン等の接着性ポリオレフィン、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、イソシアネート化合物やシアネート化合物等の熱硬化樹脂、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ4フッ化エチレン、シリコン樹脂、アイオノマー樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。これらの樹脂は1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。上記例示列挙した樹脂の中でも、インターコネクタ1に対して良好な接着性をもつという点においては、アイオノマー樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、接着性ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂が好ましい。上記接着性ポリオレフィン樹脂とは、ポリオレフィン樹脂に反応性の官能基がグラフト変性した変性樹脂のことをいい、例えば反応性の官能基としては不飽和カルボン酸類である。このような接着性ポリオレフィン樹脂としては例えば、グラフト変性ポリエチレン樹脂、グラフト変性エチレン・アクリル酸エチル共重合体樹脂、グラフト変性エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂、グラフト変性ポリプロピレン樹脂およびポリブテン−1、ポリ−4−メチルペンテン−1等のα−オレフィンやエチレン・αオレフィン共重合体樹脂を不飽和カルボン酸等でグラフト変性した樹脂等が挙げられる。接着性ポリオレフィン樹脂の市販品の具体例として、三井化学社製の接着性ポリオレフィン「アドマー」(登録商標)が挙げられ、さらに具体的には、「アドマーLF128」(登録商標)等が挙げられる。上記アイオノマー樹脂とは、ポリマー側鎖にカルボン酸やスルホン酸基などの酸性基を有し、これら酸性基の一部あるいは全部を金属塩としたポリマー金属塩の総称である。この定義に属するアイオノマー樹脂であれば、本発明ではその種類は特に問わない。
接着層3bは光拡散層3aに接着剤や粘着剤を塗布することによる形成も可能であり、また、フィルム状又はテープ状に予め加工されている粘着剤を貼り付ける方法も可能である。これらの接着剤や粘着剤についても、上記例示列挙した樹脂系から成ることが好ましく、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂から成ることが耐候性の観点から特に好ましい。
光拡散部材3が光拡散層3aと接着層3bと有して形成されている場合は、光拡散部材3は、光拡散機能及びインターコネクタ接着機能を併せもつ部材となる。このような光拡散部材3は、例えば、光拡散層3aと接着層3bとをいわゆる二層共押出しすることによって得ることができる。二層共押出しは公知の方法を採用することができ、一般的に多層フィルムを製造する方法と同様の方法で行うことができる。
光拡散部材3は、必ずしも接着層3bの層を有している必要はなく、光拡散層3aのみで構成されていてもよい。この場合、光拡散層3aにインターコネクタ1に対する接着性を付与する目的で、光拡散層3aを構成する樹脂に接着性を有する樹脂をさらに含有することが好ましい。接着性を有する樹脂としては、上述の接着層3bに使用する樹脂と同様の材料が挙げられる。接着性を有する樹脂の具体例としては、接着性を有する変性ポリオレフィン樹脂やアイオノマー樹脂が挙げられ、例えば、三井化学社製の接着性ポリオレフィン「アドマー」(登録商標)が例示される。
光拡散部材3は、インターコネクタ1の前記太陽電池セル6とは逆側の面に配置される。光拡散部材3は、インターコネクタ1の全面又は一部に設けることができるが、太陽電池モジュールAの発電効率をより向上させるという観点で、インターコネクタ1の全面に設けられていることが好ましい。
図1に示す実施形態のように、光拡散部材3を設けたインターコネクタ1を備える太陽電池モジュールAでは、強化ガラス7から入射した入射光4が光拡散部材3により拡散及び反射する。この拡散及び反射した光5が強化ガラス7で再度反射されて太陽電池セル6に入射する。その結果、太陽電池セル6に入射する光量が増大する。このように、光の反射性能及び拡散性能に優れる光拡散部材3を設けたインターコネクタ1を備えることで、入射する太陽光をより効率的に使用することができ、太陽電池モジュールAの発電効率を高めることができる。
光拡散部材3は、波長400nm以上800nm以下までの可視光の平均吸収率が10%以下であり、かつ、光拡散率が90%以上であることが好ましい。波長400nm以上800nm以下までの可視光の平均吸収率が10%以下であることで、光拡散部材3の可視光の反射性能が一層高まり、太陽電池モジュールAに高い発電効率を付与することができる。また、光拡散率が90%以上であることで、光拡散部材3の光拡散性能がより優れるものとなり、太陽電池モジュールAに高い発電効率を付与することができる。尚、ここでいう光拡散率は、45度入射時における反射角45度のL*値と45度入射時における反射角75度のL*値との平均値を、45度入射時における反射角15度のL*値で除した値で定義される値である。光拡散部材3の可視光の平均吸収率については、市販の分光機、例えば、日本分光製「V−570」で測定でき、光拡散率は、市販の多角度分光測色計、例えば、エックスライト社製MA68IINS多角度分光測色計で測定できる。光拡散率とは、光の広がり具合を表す指標であるといえる。
図1の実施形態では、光拡散層3aは、上述のように樹脂フィルム等の樹脂成形体で形成されているが、これに限らず、例えば、インキ組成物を用いて形成される塗膜状に形成されていてもよい。
上記インキ組成物は、樹脂及び上述の無機粒子を含む液体で構成される。
インキ組成物における樹脂としては、公知の樹脂が使用可能であるが、例えばエチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、イソシアネート化合物やシアネート化合物等の熱硬化樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ4フッ化エチレン、シリコン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
樹脂の主剤が例えばアクリル酸エステルモノマーとエポキシ樹脂との混合物のように硬化性樹脂であれば、アミン化合物に代表される硬化剤をさらに含んでいてもよい。
インキ組成物における樹脂は溶剤に溶解又は分散した状態であってもよい。溶剤としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられ、その他、公知の有機溶剤も使用できる。
インキ組成物には、各種の添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、例えば、レベリング剤、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、タックファイヤー、カップリング剤、静電付与剤、重合禁止剤、チキソトロピー剤、沈降防止剤等が挙げられる。より具体的には、ポリエチレングリコールエステル化合物、ポリエチレングリコールエーテル化合物、ポリオキシエチレンソルビタンエステル化合物、ソルビタンアルキルエステル化合物、脂肪族多価カルボン酸化合物、燐酸エステル化合物、ポリエステル酸のアマイドアミン塩、酸化ポリエチレン系化合物、脂肪酸アマイドワックス等が例示される。
無機粒子の含有量は、インキ組成物の全質量に対して5.0質量%以上、60.0質量%以下であることが好ましい。添加量が5.0質量%以上であることで、無機粒子の添加効果が十分に発揮され得る。また、添加量が60.0質量%以下であることで、光拡散層3a自体の引張強度や引裂強度の低下を防ぐことができる。より好ましい無機粒子の含有量は、光拡散層3aの全質量に対して10.0質量%以上50.0質量%以下である。
インキ組成物において、樹脂、溶剤及びその他添加剤の総量は、インキ組成物の全量に対して15質量%以上60質量%以下とすることができる。この場合、インキの塗布性が良好となるので良好な光拡散層3aを形成しやすくなり、また、インキ粘度の増大や過剰な樹脂の存在による光拡散層3aの乾燥性が悪化するのを防止しやすくなる。
樹脂、溶剤及びその他添加剤の総量に対する樹脂の配合比率は特に限定されないが、50質量%以下であることが好ましい。また、添加剤の配合比率も特に限定されないが、10質量%以下であることが好ましい。
上記インキ組成物を、インターコネクタ1に直接塗布し、その後、乾燥させることで光拡散層3aを形成することができる。このようにインキ組成物から光拡散層3aを形成させる場合は、光拡散層3a自体に接着性の機能を有しているので、図1の実施形態のように、接着層3bを設けなくとも、インターコネクタ1に光拡散層3aが接着される。このようにしてインターコネクタ1に光拡散部材3が設けられる。光拡散層3aの厚みについては、図1の実施形態の場合と同様である。また、インキ組成物から形成される光拡散部材3であっても、上述の樹脂成形体で形成される光拡散部材3と同じ性能を有し、好ましい態様も同じである。
上記のように形成される光拡散部材3にあっても、図1の実施形態と同様の光拡散機能を有しているので、この光拡散部材3を有するインターコネクタ1を備える太陽電池モジュールAは、上記同様の原理によって優れた発電効率を有する。
本発明に係る太陽電池モジュールAにおいて、光拡散部材3以外の各部材については、従来から太陽電池において使用されている部材であれば、特にその種類は限定されない。例えば、太陽電池セル6としては、結晶系シリコン太陽電池において一般的に使用されているセルを適用することができる。
また、太陽電池モジュールAを製作する方法も従来と同様の方法を採用することができる。インターコネクタ1に光拡散部材3を設ける方法は特に限定的ではないが、例えば、光拡散層3aが樹脂成形体で形成されている場合は、ヒートシール等の熱プレスをすることで、光拡散部材3をインターコネクタ1に接着させることができる。光拡散部材3が光拡散層3a及び接着層3bを備えているのであれば、接着層3bと、インターコネクタ1とを貼り合わせばよい。一方、インキ組成物を用いて光拡散部材3をインターコネクタ1に設ける場合は、インターコネクタ1にインキ組成物を塗布し、その後乾燥して製膜させればよい。塗布条件や乾燥条件は、一般的に塗膜の形成で行われている条件を採用できる。以上のいずれかの方法によって、光拡散部材3を備える太陽電池用インターコネクタ1を製作することができる。
インターコネクタ1を太陽電池セル6に接合させるにあたっては、通常、インターコネクタ1の、セル受光面と半田付けされる面とは逆側の面にあらかじめ光拡散部材3を設けておき、その後、このインターコネクタ1を太陽電池セル6に接合させるようにすればよい。この場合、インターコネクタ1の光拡散部材3が設けられている面とは逆側の面を、太陽電池セル6の受光面へ半田付けするとともに、このインターコネクタ1を隣接する太陽電池セル6の非受光面へも接続させる。そうすれば、太陽電池モジュールAが完成した状態において、光拡散部材3が太陽光等の受光側(太陽電池モジュールAの表面側)に配置される。
別の方法としては、予めインターコネクタ1を太陽電池セル6の受光面と、これと隣接する太陽電池セル6の非受光面に半田付けし、複数のセルを直列接続させたストリングに対して、インターコネクタ1の半田付けされている面とは逆側の面に光拡散部材3を接合させる方法も可能である。
光拡散部材3を備える太陽電池用インターコネクタ1が組み込まれた太陽電池モジュールAでは、光拡散部材3が光拡散機能及び光反射機能を有するので、上述した原理により、太陽電池セル6が受光する光量をより増大させることができる。その結果、太陽電池モジュールAは優れた発電効率を有するものとなる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。
(実施例1)
50μm厚みの光拡散層及び30μm厚みの接着層からなるインターコネクタ用光拡散部材(以下「光拡散部材」と略記する)を製作した。光拡散層は、ポリエチレン樹脂(プライムポリマー株式会社製LLDPEウルトゼックス4020L)75質量部と、平均粒子径210nmのルチル型酸化チタン(石原産業株式会社製CR−63)25質量部を溶融混練して製作した。この光拡散層において、酸化チタンの含有量は25wt%である。一方、接着層は、接着性ポリオレフィン樹脂(三井化学株式会社製「アドマーLF128」(登録商標))を溶融混練して製作した。これらの光拡散層、接着層を共押出しにより、光拡散層と接着層が積層してなる二層共押出フィルムを光拡散部材として得た。この光拡散部材を後掲の表1,2において「Ti25%−LE50/ad30」と表記する。
(実施例2)
光拡散層の厚みを100μmとしたこと以外は実施例1と同様の方法で光拡散部材として得た。この光拡散部材を後掲の表1,2において「Ti25%−LE100/ad30」と表記する。
(実施例3)
光拡散層の厚みを150μmとしたこと以外は実施例1と同様の方法で光拡散部材として得た。この光拡散部材を後掲の表1,2において「Ti25%−LE150/ad30」と表記する。
(実施例4)
ポリエチレン樹脂の代わりにポリプロピレン樹脂(プライムポリマー株式会社製「プライムポリプロF−300SP」)を75質量部とし、さらに、光拡散層の厚みを100μmに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で光拡散部材として得た。この光拡散部材を後掲の表1,2において「Ti25%−PP100/ad30」と表記する。
(実施例5)
ポリエチレン樹脂75質量部をポリエチレン樹脂70質量部に変更し、また、光拡散層の厚みを100μmに変更し、さらに、酸化チタンの代わりに平均粒子径300nmの硫酸バリウム(堺化学工業株式会社製「B−30」)30質量部としたこと以外は実施例1と同様の方法で光拡散部材として得た。光拡散層において、硫酸バリウムの含有量は30wt%である。この光拡散部材を後掲の表1,2において「Ba30%−LE100/ad30」と表記する。
(実施例6)
50μm厚みの第1の光拡散層、50μm厚みの第2の光拡散層及び30μm厚みの接着層からなる光拡散部材を製作した。第1の光拡散層は、ポリエチレン樹脂70質量部(プライムポリマー株式会社製LLDPEウルトゼックス4020L)と、平均粒子径300nmの硫酸バリウム(堺化学工業株式会社製「B−30」)30質量部を溶融混練して製作した。この第1の光拡散層において、硫酸バリウムの含有量は30wt%である。また、第2の光拡散層は、ポリエチレン樹脂75質量部(プライムポリマー株式会社製LLDPEウルトゼックス4020L)と、平均粒子径210nmのルチル型酸化チタン(石原産業株式会社製CR−63)25質量部を溶融混練して製作した。この第2の光拡散層において、酸化チタンの含有量は25wt%である。一方、接着層は、接着性ポリオレフィン樹脂(三井化学株式会社製「アドマーLF128」(登録商標))を溶融混練して製作した。これらの第1の光拡散層、第2の光拡散層、接着層を共押出しにより、第1の光拡散層、第2の光拡散層及び接着層がこの順に積層してなる三層共押出フィルムを光拡散部材として得た。この光拡散部材を後掲の表1,2において「Ba30%−LE50/Ti25%−LE50/ad30」と表記する。
(実施例7)
50μm厚みの接着性を有する光拡散層からなる光拡散部材を製作した。光拡散層は、ポリエチレン樹脂(プライムポリマー株式会社製LLDPEウルトゼックス4020L)60質量部と、接着性ポリオレフィン樹脂15質量部(三井化学株式会社製「アドマーLF128」)と、平均粒子径210nmのルチル型酸化チタン(石原産業株式会社製CR−63)25質量部とを溶融混練して製作した。この光拡散層において、酸化チタンの含有量は25wt%である。この光拡散部材を後掲の表1,2において「Ti25%−ad15%−LE50」と表記する。
(実施例8)
樹脂としてアクリル酸エステルモノマーとエポキシ樹脂の混合物27質量部、無機粒子としてルチル型酸化チタン40質量部、シリカ5質量部、硬化剤としてアミン化合物を1質量部、有機溶剤としてジプロピレングリコール・モノメチルエーテルを25質量部、添加剤としてレベリング剤2質量部を用意し、それぞれを混合分散させることで、インキ組成物を得た。このインキ組成物を後述の太陽電池セル(モジュール化前)の短絡電流測定後に、太陽電池セルに半田付けされた太陽電池用インターコネクタ(日立電線株式会社製「SSA−SPS」)に対して塗布し、その後乾燥させることで、インターコネクタ上に乾燥後の厚みが50μmである光拡散部材を形成した。光拡散部材における酸化チタンの含有量は50wt%である。この光拡散部材を後掲の表1,2において「アクリルインキTi50%50」と表記する。
(実施例9)
30μm厚みの第1の光拡散層、70μm厚みの第2の光拡散層及び30μm厚みの接着層からなる光拡散部材を製作した。第1の光拡散層は、ポリエチレン樹脂99質量部に対しβジケトンとホスフィンオキシドを配位子として有するユウロピウム(III)錯体(Eu(TTA)3Phen)1質量部を溶融混練して製作した。この第1の光拡散層において、蛍光体の含有量は1wt%である。また、第2の光拡散層は、ポリエチレン樹脂75質量部(プライムポリマー株式会社製LLDPEウルトゼックス4020L)と、平均粒子径210nmのルチル型酸化チタン(石原産業株式会社製CR−63)25質量部を溶融混練して製作した。この第2の光拡散層において、酸化チタンの含有量は25wt%である。一方、接着層は、アイオノマー接着性ポリオレフィン樹脂(三井化学株式会社製「アドマーLF128」(登録商標))を溶融混練して製作した。これらの第1の光拡散層、第2の光拡散層、接着層を共押出しにより、第1の光拡散層、第2の光拡散層及び接着層がこの順に積層してなる三層共押出フィルムを光拡散部材として得た。この光拡散部材を後掲の表1,2において「蛍光体1%−LE30/Ti25%−LE70/ad30」と表記する。
(比較例1)
光拡散部材を設けていない太陽電池用インターコネクタを準備した。
(比較例2)
厚み20μmの片ツヤアルミニウム箔のケシ面に対し、アクリル粘着剤(住友スリーエム株式会社製)を粘着層が厚み30μmとなるよう塗布し、乾燥させることで光拡散部材を得た。
(比較例3)
厚み20μmの片ツヤアルミニウム箔のツヤ面に対し、斜格子柄のエンボス処理(60Mesh、柄間隔1mm、柄深さ0.2mm)を施し、斜格子エンボス処理アルミニウム箔を得た。このアルミニウム箔の非エンボス処理面、すなわちケシ面に対し、アクリル粘着剤(住友スリーエム株式会社製)を厚み30μmとなるよう塗布し、乾燥させることで光拡散部材を得た。
(光拡散部材の吸収率の測定)
太陽電池用インターコネクタに接着する前の光拡散部材の透過率および反射率を日本分光製「V−570」にて測定し、この測定値を用いて、光拡散部材の吸収率を次の(1)式から算出した。
吸収率=100−(透過率+反射率)[%]・・・(1)
ここで、透過率及び反射率はそれぞれ、波長400〜800nm間の透過率及び反射率を平均した値である。400〜800nm間を平均するのは、前述したように、シリコン半導体基板の発電に寄与する光の吸収帯(波長範囲)400nm〜1200nmの中でも、400〜800nm間の可視光領域はエネルギー密度が高く、太陽電池の発電効率への寄与が大きいためである。
(光拡散部材の光拡散率の測定)
光拡散率については、エックスライト社製MA68IINS多角度分光測色計を用いて、L*a*b*表色系のL*値(CIE1976明度)色差の測定値に基づいて評価した。光源は45度入射光とし、波長範囲400nm〜700nm間を10nm間隔で、各々の波長におけるL*値を測定した。光拡散部材は全てアルミニウム箔のツヤ面の上に載置することで、光拡散部材を透過した測定光が測定台面の色のバラツキを拾わないように測定した。
光拡散率は、光拡散部材の垂直方向に対して45度方向から平行光を照射した時の、拡散反射光の配光分布から計算することができる。具体的に、反射角度15度、45度、75度であるときのL*値を用いて、次の(2)式から光拡散率を算出した。
光拡散率={(反射角45度のL*値+反射角75度のL*値)/2}
/反射角15度のL*値×100[%]・・・(2)
ここで、光拡散率が90%以上であれば、太陽電池用ガラスに対して垂直入射した平行光がインターコネクタ上で拡散及び反射が起こりやすいので、ガラス(強化ガラス)/空気の界面で拡散、反射された光が全反射される確率は高いといえる。一方、光拡散率70%以下では、光はインターコネクタ上で拡散、反射される効果は少なく、ガラス/空気の界面で全反射される確率が低い。そして、光拡散率30%以下ではその確立が極めて低くなる。
Figure 2016046350
表1には、各実施例及び比較例において得た光拡散部材(比較例1はインターコネクタ)の400〜800nmにおける平均透過率、平均反射率及び平均吸収率の値、並びに光拡散率の値を示している。
(試験例1)
各々の実施例及び比較例2,3で得た光拡散部材(比較例1はインターコネクタ)を用いた時の、太陽電池モジュールの発電効率への効果について評価を行った。太陽電池モジュールの発電効率は、モジュール化前後における各々の短絡電流[A]を測定することにより評価した。
最初に、太陽電池セルにインターコネクタを半田付けした多結晶6inchシリコン半導体セル(京セラ株式会社製)を用意し、ソーラーシミュレータ(岩崎電気株式会社製「PXSS4K−1P」)にてセル単体での短絡電流を測定した。この測定値がモジュール化前の短絡電流である。
次に、上記多結晶6inchシリコン半導体セルに対して、上記実施例及び比較例2,3で得た光拡散部材をセルに半田付けされたインターコネクタ上部に対して、ヒートシールまたは塗布することで、光拡散層を形成した。
そして、強化ガラス/封止材/太陽電池セル/封止材/裏面保護シートの順に積層させ、真空ラミネータにて太陽電池モジュールを製作した。この太陽電池モジュールを上記同様の方法で短絡電流を測定した。この測定値がモジュール化後の短絡電流である。尚、強化ガラスの大きさは180mm角とした。
ここではモジュール化前後における短絡電流Iscの変化率を次の(3)式のように算出した。
Isc変化率=(モジュール化後Isc−モジュール化前Isc)
/モジュール化前Isc×100[%]・・・(3)
Figure 2016046350
表2には、試験例1の結果を示している。実施例で得た光拡散部材を用いた場合は、いずれもIscの変化率が大きく、太陽電池モジュールに優れた発電効率が付与されていることがわかる。一方、光拡散部材を備えない比較例1のインターコネクタでは、短絡電流Iscの変化率が実施例に比べて低く、実施例ほどの高い発電効率を付与できていない。また、比較例2、3ではアルミニウム箔による光吸収が起こること、及び光拡散率が低いことが原因で、実施例に比べて太陽電池セルが受光する光量が少なく、発電効率は実施例に比べて悪いものであった。
(試験例2)
発電効率のさらなる検証のために、単結晶5inchシリコン半導体セル(パナソニック株式会社製)に実施例及び比較例2,3の光拡散部材をインターコネクタにヒートシールまたは塗布し、セル4枚を直列接続した4セルモジュールを製作した。強化ガラスの大きさは300mm角とした。そして、試験例1と同様の方法にて、モジュール化前後における短絡電流Iscの変化率を測定し、発電効率を評価した。
上記表2には、試験例2の結果もあわせて示している。試験例2の場合も試験例1と同様、実施例で得た光拡散部材を用いた場合は、いずれもIscの変化率が大きく、比較例1〜3より太陽電池モジュールに優れた発電効率が付与されていることがわかる。
以上の試験例の結果からも明らかなように、インターコネクタに光拡散部材を形成することで、光拡散部材で拡散及び反射した光が強化ガラス/空気の界面で全反射した後再び太陽電池セルに入射し、その結果、太陽電池モジュールの発電効率が向上したといえる。
A 太陽電池モジュール
1 インターコネクタ
3 インターコネクタ用光拡散部材
3a 光拡散層
3b 接着層
4 入射光
5 光
6 太陽電池セル
7 強化ガラス
8 封止材
9 裏面保護シート

Claims (6)

  1. 隣接する太陽電池セルを接続するインターコネクタの前記太陽電池セルとは逆側の面に配置され、樹脂と無機粒子とを含んでなる光拡散層を備えることを特徴とする、インターコネクタ用光拡散部材。
  2. 波長400nm以上800nm以下までの可視光の平均吸収率が10%以下であり、かつ、45度入射時における反射角45度のL*値と45度入射時における反射角75度のL*値との平均値を、45度入射時における反射角15度のL*値で除した値で定義される光拡散率が90%以上である、請求項1に記載のインターコネクタ用光拡散部材。
  3. 前記樹脂は、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸ビニル共重合体、接着性ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種類を含有する、請求項1又は2に記載のインターコネクタ用光拡散部材。
  4. 前記光拡散層は蛍光体をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のインターコネクタ用光拡散部材。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のインターコネクタ用光拡散部材を備える太陽電池用インターコネクタ。
  6. 請求項5に記載の太陽電池用インターコネクタを備える太陽電池モジュール。
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