JP2016127215A - Solar cell module and solar cell sealing resin used for the same - Google Patents
Solar cell module and solar cell sealing resin used for the same Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュール及びそれに用いられる太陽電池の封止樹脂に関する。 The present invention relates to a solar cell module and a solar cell sealing resin used therefor.
太陽電池モジュールには、太陽光エネルギを電力に変換する太陽電池セルと配線とが備えられている。そして、太陽電池モジュールは、通常、複数の太陽電池セルが当該配線によって接続されることで、構成されている。太陽電池セル及び配線は、封止樹脂によって封止されることで、固定されている。 The solar cell module is provided with solar cells and wiring for converting solar energy into electric power. And the solar cell module is normally comprised by the some photovoltaic cell being connected by the said wiring. The solar battery cell and the wiring are fixed by being sealed with a sealing resin.
太陽電池モジュールにおいては、太陽光エネルギから電力への変換効率の向上、即ち、発電の高効率化が望まれている。そこで、発電の高効率化を図る技術に関連して、特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1には、マトリックス樹脂中に、マトリックス樹脂よりも屈折率が高い散乱粒子が分散された太陽電池用光散乱膜であって、散乱粒子の平均粒径が1.0μm以上10.0μm以下であり、マトリックス樹脂と散乱粒子との屈折率差が0.05以上0.30以下である太陽電池用光散乱膜及びそれを備えた太陽電池が記載されている。
In a solar cell module, improvement in conversion efficiency from solar energy to electric power, that is, higher efficiency in power generation is desired. Therefore, a technique described in
発電の高効率化を図るため、本発明者らが検討したところ、太陽電池セルにおける光の照射面に、テクスチャ構造(凹凸構造)を設けるとよいことがわかった。しかし、特許文献1には、テクスチャ構造を設けると、変換効率が寧ろ悪化することが記載されている。そこで、特許文献1に記載の太陽電池に対して敢えてテクスチャ構造を設け、従来よりもさらなる発電の高効率化が可能な太陽電離モジュールの開発が望まれている。
In order to increase the efficiency of power generation, the present inventors have studied and found that it is preferable to provide a texture structure (uneven structure) on the light irradiation surface of the solar battery cell. However,
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、従来よりもいっそう発電を高効率に行うことが可能な太陽電池モジュール及びそれに用いられる太陽電池の封止樹脂を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the problem to be solved by the present invention is that of a solar cell module capable of performing power generation more efficiently than before and a solar cell used therein. It is to provide a sealing resin.
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの表面にテクスチャ構造を設けるとともに、その太陽電池セルを封止する封止樹脂のヘイズを所定範囲とすることで前記課題を解決できることを見出した。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, the present inventors have found that the above-mentioned problem can be solved by providing a texture structure on the surface of the solar battery cell constituting the solar battery module and setting the haze of the sealing resin for sealing the solar battery cell within a predetermined range.
本発明によれば、従来よりもいっそう発電を高効率に行うことが可能な太陽電池モジュール及びそれに用いられる太陽電池の封止樹脂を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell module which can perform electric power generation more efficiently than before, and the sealing resin of the solar cell used for it can be provided.
以下、適宜図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(本実施形態)を説明する。なお、参照する各図は、グラフを除き模式的なものであり、説明又は図示の都合上、一部の部材を省略して示すことがある。また、各部材は、説明又は図示の都合上、適宜拡大又は縮小して示すことがある。 Hereinafter, a form (this embodiment) for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. In addition, each figure to refer is typical except a graph, and a part of member may be abbreviate | omitted and shown for convenience of explanation or illustration. Each member may be enlarged or reduced as appropriate for convenience of explanation or illustration.
図1は、本実施形態の太陽電池モジュール100の斜視図であり、その内部構造の一部を示す図である。図1では、太陽電池モジュール100の内部構造を把握し易いように、便宜的に部材の一部を可視化(透明化)して示している。太陽電池モジュール100は、複数(本実施形態では6つ。図2参照、図1では一部図示省略。)の太陽電池セル1と、それらを接続する配線8とを備えている。
FIG. 1 is a perspective view of a
太陽電池セル1は、受光した太陽光の有する太陽エネルギを、電力変換素子等が利用可能な電力に変換するものである。太陽電池セル1は、単結晶シリコンや多結晶シリコン、アモルファスシリコン、CIGS(銅、インジウム、ガリウム及びセレンからなる化合物)、CIS(銅、インジウム及びセレンからなる化合物)、テルル化カドミウム等からなる化合物等が使用可能である。詳細は後記するが、太陽電池セル1の正面側に設けられた第一封止樹脂4及びカバーガラス5は太陽光を透過可能な材料により構成されている。よって、太陽光は、正面側からカバーガラス5及び第一封止樹脂4をこの順で透過して、太陽電池セル1の受光面(正面側表面)に到達するようになっている。
The
太陽電池セル1の正面側表面には、リボン状の正面電極11(後記する)以外の部分に、テクスチャ構造2が形成されている。テクスチャ構造2の詳細は、図6等を参照しながら後記する。
A
配線8は、隣接する太陽電池1同士を接続するものである。また、配線8は、太陽電池モジュール100と、図示しない二次電池や外部負荷とを接続するためにも用いられている。これらの点の詳細は、図3を参照しながら後記する。配線8は、リボン状の金属(例えば半田コートされた銅リボン等)により構成されている。
The
それぞれの太陽電池セル1の正面側表面には、正面電極11が設けられ、また、背面側表面には背面電極12が設けられている。正面電極11及び背面電極12は、太陽電池セル1において生じた電力を取り出すためのものである。そして、太陽電池セル1の正面電極11と、隣接する太陽電池セル1の背面電極12とが、配線8により接続されることで、各太陽電池セル1が電気的に接続されている。正面電極11と配線8とは、また、背面電極12と配線8とは、半田付け等により接続されている。
A
正面電極11は、太陽電池セル1の受光面側(正面側)に、リボン状の電極として設けられている。即ち、正面電極11は、太陽電池セル1の受光面側に、太陽電池セル1が受光可能なように受光面の一部分にのみ設けられている。正面電極11は例えば銀等により構成されている。このリボン状の電極(バス電極)の左右方向の幅は、本実施形態では約1.5mmである。さらに、図示はしないが、このバス電極に垂直な方向に、約0.1mm幅(奥手前方向の幅)の線状電極(フィンガ電極)が設けられている。そして、バス電極(正面電極11)とフィンガ電極とは電気的に接続され、バス電極に対して、前記の配線8が接続されている。
The
一方で、背面電極12は、前記の正面電極11とは異なり、太陽電池セル1の受光面とは反対側(背面側)の全面に、平板状の電極として設けられている。また、背面電極12は、例えばアルミニウム等により構成される。
On the other hand, unlike the
図2は、本実施形態の太陽電池モジュール100を分解して示した斜視図である。図2では、図示の都合上、全ての部材を同じ大きさ(左右及び奥手前方向の面積)で示すものとし、配線8等の一部の部材の図示は省略している。図2に示すように、太陽電池モジュール100は、正面側から、カバーガラス5、第一封止樹脂4(光散乱体3を含む)、太陽電池セル1、第二封止樹脂7及びバックシート6(背面部材)の順で配設されることで、構成されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the
従って、太陽電池モジュール100は、例えば、以下のようにして製造可能である。まず、バックシート6表面に配置された第二封止樹脂7の上に、配線8(図2では図示しない)により接続された各太陽電池セル1が載置される。そして、その上に、第一封止樹脂4及びカバーガラス5を載せ、第一封止樹脂4と第二封止樹脂7とを熱融着させてこれらの間に太陽電池セル1等を封止することで、太陽電池モジュール100が製造可能である。
Therefore, the
カバーガラス5は、本実施形態では透明な材料により構成されている。カバーガラス5を備えることで、光散乱体3や第一封止樹脂4を風雨等から保護し、太陽電池モジュール100の耐久性を高めることができる。従って、カバーガラス5は、耐候性及び機械的強度の双方に優れることが好ましい。また、カバーガラス5は、太陽電池セル1の感度が高い波長300nm〜1100nmの範囲の光の透過率が高いことが好ましい。さらに、カバーガラス5の表面には、反射防止等の処理が施されてもよい。これらの点を踏まえ、カバーガラス5の材料としては、例えば、通常のガラスや、通常のガラスから鉄等の不純物含有量を低減させた高透過率ガラス(白板ガラス)等が挙げられる。
In the present embodiment, the
第一封止樹脂4は、光散乱体3を含むとともに、カバーガラス5から入射した太陽光を、太陽電池セル1の受光面に到達させるものである。第一封止樹脂4は、本実施形態では透明な材料により構成されている。特に、第一封止樹脂4は、前記のカバーガラス5と同様に、太陽電池セル1の感度が高い波長300nm〜1100nmの範囲の光の透過率が高いことが好ましい
The
また、第一封止樹脂4は、太陽電池セル1とカバーガラス5とを固着(密着)させるものであるため、高強度及び耐候性を有する材料により構成されることが好ましい。従って、第一封止樹脂4としては、例えばEVA(エチレン酢酸ビニル共重合樹脂)やPE(ポリエチレン)、PVB(ポリビニルブチラール)等のほか、これらの混合物等が好適である。これらの樹脂を用いることで、太陽電池セル1を挟んだ状態で第一封止樹脂4と第二封止樹脂7とを熱融着させるとき、適度な柔らかさがあるため、熱融着させやすい。また、密着性も良好になる。さらには、これらは耐候性も良好である。なお、これらの樹脂の屈折率は1.5程度である。また、第一封止樹脂4には、必要に応じて、紫外線吸収剤等が含有されてもよい。
Moreover, since the
第一封止樹脂4の厚さは、特に制限されるものではないが、例えば0.1mm以上2mm以下、好ましくは0.2mm以上1mm以下、より好ましくは0.3mm以上0.7mm以下とすることができる。第一封止樹脂4の厚さがこれらの範囲内にあることで、強度及び耐候性を特に良好に発揮できる。
The thickness of the
なお、本実施形態の太陽電池モジュール100においては、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズは52%以下になっている。この点は、図8〜図10を参照しながら後記する。ちなみに、太陽電池モジュール100における、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズは、光散乱体3を含む第一封止樹脂4を抜き出したのち、当該第一封止樹脂4について測定することで、算出することができる。
In the
光散乱体3は、前記のように、第一封止樹脂4に入射した光や、太陽電池セル1及び正面電極11の表面で反射した光等を第一封止樹脂4内で分散させるものである。これにより、太陽電池セル1の受光面への入射光が増加されるようになっている。なお、第一封止樹脂4における光散乱体3の含有量は、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズが52%以下になる量である。この点については、図8等を参照しながら後記する。
As described above, the
光散乱体3を構成する材料としては、透明であり、かつ、第一封止樹脂4の屈折率とは異なる屈折率を有する材料が好ましい。また、光散乱体3が含まれることで、第一封止樹脂4内で、入射した光は、屈折率差により、その界面で反射や屈折等の散乱が発生し、その方向が変化する。そこで、散乱を効果的に得る観点から、光散乱体3は球形であることが好ましい。また、その光散乱体3が球形である場合の球径は、0.5μm以上150μm以下が好ましく、ただし、光散乱体3は完全な球形でなくてもよく、例えば、その断面が楕円の形状(例えば卵型等)や、針状、板状等の異方性のある形状でもよい。そして、これらの形状の場合には、光散乱体3の長軸方向の長さは0.5μm以上150μm以下であることが好ましい。これらのことをまとめると、光散乱体3は、球形が好ましいものの、その形状によらず、最も長い部分の長さ(球形であればその直径)が0.5μm以上150μm以下となる大きさが好ましい。
The material constituting the
光散乱体3としては、無機材料又は有機材料が好ましく、例えば、アルミナや酸化ジリコニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、シリカ等の酸化物からなる無機粒子、第一封止樹脂4とは屈折率が異なる有機粒子等が好ましい。有機粒子は例えば低屈折率側では、シリコーン系樹脂やフッ素系樹脂等、高屈折率側ではハロゲン系元素やリン、硫黄等を加えた樹脂等が利用可能である。光散乱体3は第一封止樹脂4との親和性を向上させるための表面処理を施してもよい。光散乱体3として、特に酸化物からなる無機粒子を用いることで、汎用性が高い材料を使用することができ、屈折率を所望のものとし易くすることができる。また、光散乱体3として有機粒子を用いることで、通常は有機材料となる第一封止樹脂4との親和性を高めることができ、第一封止樹脂4の強度をより十分なものとすることができる。
The
また、光散乱体3は、第一封止樹脂4中の空孔とすることも好ましい。光散乱体3として空孔を適用することで、第一封止樹脂4中に樹脂以外の材料が含まれないことになるため、第一封止樹脂4の強度をより十分なものとすることができる。また、別途の光散乱体3を用いる必要がないため、太陽電池モジュール100の製造を安価化することができる。なお、光散乱体3としての空孔の屈折率は1である。
The
光散乱体3として空孔を適用する場合、第一封止樹脂4に空孔を含有させる方法は任意である。例えば、第一封止樹脂4を構成する樹脂を溶融させ、当該溶融した樹脂を激しく撹拌することで気泡を含有させた後、硬化させることで、光散乱体3としての空孔を有する第一封止樹脂4を作製することができる。そして、当該空孔の大きさは、例えば、撹拌の激しさによって制御可能である。
When holes are applied as the
さらに、光散乱体3としては、蛍光体であることも好ましい。光散乱体3が蛍光体であることで、前記のような光散乱体3の屈折率差による光の散乱効果に加えて、励起波長によって発光した光が四方八方に散らばる、即ち蛍光体が発光することによる光の散乱効果が得られる。これにより、太陽電池セル1の発電効率をさらに向上させることができる。
Further, the
蛍光体としては、波長が250nm〜600nmの範囲内の光によって励起され、波長が450nm〜1100nmの範囲内の光を発光するものが好ましい。このような蛍光体は、無機材料であってもよく、有機材料であってもよい。無機材料により構成される蛍光体の具体例としては、CaS:Eu、(Sr,Ba,Mg)2SiO4:Eu、CaAlSiN3:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、Y3Al5O12:Ce、(Sr,Ba,Mg)2SiO4:Eu、Ba3Sr2Si3O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Y2O2S:Eu、ZnS:Cu,Al、BaMgAl10O17:Eu,Mg、Zn2SiO4:Mn等が挙げられる。また、有機材料により構成される蛍光体の具体例としては、Eu(TTA)3phen等が挙げられる。
As the phosphor, those that are excited by light having a wavelength in the range of 250 nm to 600 nm and emit light having a wavelength in the range of 450 nm to 1100 nm are preferable. Such a phosphor may be an inorganic material or an organic material. Specific examples of phosphors composed of inorganic materials include CaS: Eu, (Sr, Ba, Mg) 2 SiO 4 : Eu, CaAlSiN 3 : Eu, (Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu, Y 3 Al 5 O 12: Ce, (Sr, Ba, Mg) 2 SiO 4: Eu,
第二封止樹脂7は、前記の第一封止樹脂4とともに太陽電池セル1を固定するものである。第二封止樹脂7を構成する材料は、光散乱体3を含まないこと以外は第一封止樹脂4と同様のものを用いることができる。ただし、第二封止樹脂7には、必要に応じて光散乱体3が含まれてもよい。また、第二封止樹脂7の厚さも、特に制限はされないものの、例えば前記の第一封止樹脂4と同様の範囲の厚さとすることが好ましい。ただし、第二封止樹脂7の厚さは、第一封止樹脂4の厚さと必ずしも同じにならなくてもよい。
The
バックシート6は、太陽電池モジュール100の最背面側に配置され、第二封止樹脂7等を固定するものである。バックシート6は、耐候性やバリア性の高い材料により構成されることが好ましい。バックシート6を構成する材料として、具体的には例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリアミド、ポリフッ化ビニル樹脂等のほか、これらを積層したシート等が好ましい。また、これらには、必要に応じて、無機微粒子が分散されてもよい。
The
図3は、本実施形態の太陽電池モジュール100の上面図である。図3では、第一封止樹脂4及びカバーガラス5は透明であるため、図示していない。太陽電池セル1は、それぞれ離間して、複数(本実施形態では6つ)設けられている。そのため、上面視で、太陽電池セル1の周囲には、その下方に配置された第二封止樹脂7(透明であるため、図3では図示していない)やバックシート6が視認可能である。
FIG. 3 is a top view of the
左右方向にそれぞれ、奥側から手前側に向かって配置される3つの太陽電池セル1同士は、一組の配線8によって、直列に接続されている。そして、太陽電池セル1同士を接続する配線8は、奥側と手前側とでそれぞれ合流し、図示しない二次電池や外部負荷に接続されている。これらのように、本実施形態の太陽電池モジュール100では、6つの太陽電池セル1が直列又は並列に接続されている。そして、太陽電池モジュール100において発電された電力は、二次電池や外部負荷に供給されるようになっている。
The three
図4は、図3におけるA−A線断面図であり、隣接する太陽電池セル1近傍の、配線8を含む部分の断面図である。前記のように、太陽電池モジュール100は、太陽電池セル1及び配線8等が、第一封止樹脂4と第二封止樹脂7とにより挟まれた後に熱融着されることで製造される。そのため、太陽電池セル1及び配線8の上側には第一封止樹脂4が配置されることになる。即ち、本実施形態では、太陽電池セル1の受光面の上側のほか、配線8の上側や、太陽電池セル1の上方以外の部分(図5を参照しながら後記する)にも、光散乱体3が存在することになる。また、太陽電池セル1及び配線8の下側には、第二封止樹脂7が配置されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3, and is a cross-sectional view of a portion including the
図4に示すように、入射光は正面側から太陽電池モジュール100に入射する。そして、入射光は、カバーガラス5及び第一封止樹脂4を透過し、太陽電池セル1の受光面に入射する。また、透過した光のうちの一部の光は、配線8の正面側表面にも入射する。ここで、配線8は、本実施形態では、光を反射可能な金属製であり、入射した光は反射することになる。そして、第一封止樹脂4には光散乱体3が分散されているため、配線8において反射された光は光散乱体3により散乱され、散乱された光の一部が太陽電池セル1に入射することになる。
As shown in FIG. 4, incident light enters the
このように、太陽電池セル1の正面側に配置される第一封止樹脂4に光散乱体3が含まれることで、太陽電池セル1の受光面に直接入射した光のみならず、配線8の正面側表面に入射した光も、太陽電池セル1の受光面に入射される。これにより、太陽電池モジュール100の発電効率(変換効率)が向上する。
As described above, the
また、配線8や正面電極11として汎用されているアルミニウムや銀等を用いつつ、発電効率を向上させる。即ち、太陽電池セル1の受光面への入射光の光量を増加させるためには、例えば、ITO等の透明電極等を用いることも考えられる。しかし、透明電極はレアメタルを含み、また、成型性もさほど良好ではない。また、透明電極は、完全な透明ではなく、光の透過性に依然として課題がある。
Further, the power generation efficiency is improved while using aluminum, silver, or the like that is widely used as the
そこで、本実施形態では、テクスチャ構造2を設けつつ第一封止樹脂4のヘイズ(haze)を52%以下(この範囲の理由は、図8〜図10を参照しながら後記する)にすることで、光を反射可能な(反射率が高い)従来の配線や正面電極を用いることができる。これにより、安価に、しかも十分な発電効率が得られ、さらには電極等の形状を所望のものにし易くすることもできる。このような光を反射可能な材料としては、銀、銅、アルミニウム、鉄、スズ等の各種金属の単体のほか、金属同士を積層させた積層物、これらの合金等の金属材料が挙げられる。
Therefore, in this embodiment, the haze of the
図5は、図3におけるB−B線断面図であり、隣接する太陽電池セル近傍の、配線を含まない部分の断面図である。前記のように、第一封止樹脂4と第二封止樹脂7とは熱融着されるため、太陽電池モジュール100では、それらの明確な融着界面の確認が困難である。ただし、図5では、図示の都合上、融着明確な界面を図示している。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3, and is a cross-sectional view of a portion not including wiring in the vicinity of adjacent solar cells. As described above, since the
図5に示すように、第一封止樹脂4は、太陽電池セル1に接触している部分と、第二封止樹脂7に直接接触している部分とからなる。これらのうち、第二封止樹脂7に直接接触している部分(太陽電池セル1が存在しない部分)は、太陽電池セル1同士の間の部分に相当する。そして、本実施形態の太陽電池モジュール100では、第一封止樹脂4のうち、太陽電池セル1に接触している部分に加えて、第二封止樹脂7に直接接触している部分にも、光散乱体3が分散している。
As shown in FIG. 5, the
太陽電池モジュール100に入射した光のうち、太陽電池セル1に入射せず、太陽電池セル1同士の間を透過して第二封止樹脂7に入射した光は、バックシート6において反射することになる。これは、バックシート6の反射率が、通常は、太陽電池セル1のテクスチャ構造2の反射率よりも高いことによる。即ち、バックシート6は、少なからず光を反射する。そして、バックシート6において反射した光は、第一封止樹脂4にまで戻り、光散乱体3により散乱される。これにより、前記の配線8に入射した光と同様に、太陽電池セル1の受光面への入射光が増加し、発電効率(変換効率)が向上する。
Of the light incident on the
また、太陽電池セル1の受光面(正面側)には、テクスチャ構造2が形成されている。テクスチャ構造2について、図6を参照しながら説明する。
Further, a
図6は、本実施形態の太陽電池モジュール100における、太陽電池セル1の受光面に形成されたテクスチャ構造2の近傍を示す図である。本実施形態では、太陽電池セル1は、シリコン系のものである。そこで、本実施形態では、シリコンのエッチングレートに結晶方位の異方性があることを利用し、テクスチャ構造2は凹凸形状(本実施形態では、正面背面方向の高さとして0.5μm〜10μm程度のピラミッド状)のものである。即ち、太陽電池セル1の受光面は凹凸形状となっており、この凹凸の部分がテクスチャ構造2に相当する。従って、このテクスチャ構造2の表面は、太陽電池セル1の受光面と一体となって構成されているものであり、テクスチャ構造2の表面(山の部分の表面)に入射した光も、発電に寄与することになる。
FIG. 6 is a view showing the vicinity of the
なお、本実施形態の太陽電池モジュール100におけるテクスチャ構造2は、前記のようにピラミッド状になっているが、テクスチャ構造2の具体的な形状はピラミッド状(四角錘)になんら限定されない。即ち、テクスチャ構造2は、例えば、円錐や円柱、三角錐等の多角錐、三角柱等の多角柱、断面視で波状や円弧状等、太陽電池セル1の表面が凹凸形状になっていれば、どのような形状であってもよい。太陽電池セル1の受光面に凹凸形状のテクスチャ構造が形成されていることで、入射した光が反射するときに、反射した光が様々な方向に進行させることができる。
In addition, although the
図7は、本実施形態の太陽電池モジュール100において、テクスチャ構造2及び光散乱体3によって生じる光線の変化を示す図である。正面側から入射した光(入射光)は、カバーガラス5及び第一封止樹脂4を透過して、太陽電池セル1の受光面に入射する。この受光面に入射する光としては、正面側から入射した光が直接到達するものがある(入射光A1)。また、第一封止樹脂4内の光散乱体3によって方向が変化しつつ、さらにはテクスチャ構造2の表面で反射し、最終的に太陽電池セル1の受光面に入射する光もある(入射光A2)。そして、テクスチャ構造2の表面において反射され、さらには、光散乱体3によって方向が変化した後、テクスチャ構造2の表面に吸収されて発電に利用される光もある(入射光A3)。また、光散乱体3によって入射方向に散乱された結果、カバーガラス5と空気との界面に、全反射角より大きい角度で入射する光もある(入射光A4)。この界面に入射した光は全反射し、全反射した後の光は、テクスチャ構造2の表面に吸収されて、発電に利用される(入射光A4)。
FIG. 7 is a diagram illustrating changes in light rays generated by the
このように、本実施形態の太陽電池モジュール100では、テクスチャ構造2によって受光面を増やし、光の入射効率を向上させている。また、テクスチャ構造2に入射はしたものの発電に用いられずに反射した光であっても、光散乱体3による散乱や、別のテクスチャ構造2の表面に再度入射されることで、受光面やテクスチャ構造2への光の入射効率が高められる。即ち、もしテクスチャ構造2が形成されていなければ、太陽電池セル1において反射光は光散乱体3によって散乱され得るのみであり、発電効率には改善の余地があることになる。そこで、本実施形態の太陽電池モジュール100では、テクスチャ構造2を形成することで発電に用いられる光量を増やし、発電効率の向上を図っている。
Thus, in the
また、テクスチャ構造2が形成されることで、第一封止樹脂4と太陽電池セル1との接合強度を向上させることができる。即ち、第一封止樹脂4と太陽電池セル1とは、材質が全く異なるため、単に接合するとこれらが剥離し易い傾向にある。しかし、テクスチャ構造3のような凹凸構造が形成されることで、第一封止樹脂4と太陽電池セル1(より具体的にはテクスチャ構造2)との接合面積を増加させることができ、これらが剥離しにくくなる。そのため、太陽電池モジュール100の耐久性を向上させることができる。
Moreover, the joint strength of the
これに加えて、これらの剥離を防止することで、剥離に伴って生じる、第一封止樹脂4と太陽電池セル1との間に空気の層が形成されることが防止される。もし、このような空気の層が形成されてしまうと、屈折率が変化して、太陽電池セル1やテクスチャ構造2への入射する光の量が減少する可能性がある。そこで、これらの剥離を防止することでより確実に太陽電池セル1やテクスチャ構造2に光を入射させ、太陽電池モジュール100の発電効率の向上も図られる。
In addition to this, by preventing these peelings, it is possible to prevent an air layer from being formed between the
さらに、凹凸形状のテクスチャ構造2が形成されることで、太陽電池セル1の放熱性を向上させることができる。ここで、太陽電池モジュール100の温度は、設置場所等によっては、60℃以上の高温になることがある。太陽電池モジュール100が高温になると、太陽電池セル1の発電効率が低下する。そのため、発電効率の向上には、太陽電池モジュール100の放熱性の向上も重要である。
Furthermore, the heat dissipation of the
放熱は、主に、背面側のバックシート6から行われる。これに加えて、本実施形態の太陽電池モジュール100では、太陽電池セル1の受光面側からも行われる。即ち、本実施形態の太陽電池モジュール100では、太陽電池セル1の受光面にテクスチャ構造2が形成されているため、太陽電池セル1の正面側の表面積が大きくなっている。そのため、表面積の大きい太陽電池セル1の正面側からも放熱させることができ、主に背面側のみから放熱させる従来の太陽電池モジュールと比べて、放熱性が向上する。これにより、発電効率が向上するとともに、テクスチャ構造2が過度に高温になることを抑制し、耐久性を向上させることができる。
Heat radiation is mainly performed from the
なお、テクスチャ構造2の表面(例えばピラミッド形状の凹凸の表面)には、反射防止構造が施されることで、反射が抑制されるようにしてもよい。このようにすることで、反射を抑制し、発電に利用される光量を増加させることができる。 Note that reflection may be suppressed by applying an antireflection structure to the surface of the texture structure 2 (for example, a pyramidal uneven surface). By doing in this way, reflection can be suppressed and the light quantity utilized for electric power generation can be increased.
ところで、本実施形態の太陽電池モジュール100においては、第一封止樹脂4は光散乱体3を含み、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズは52%以下になっている。このようにすることで、太陽電池セル1の受光面やテクスチャ構造2の表面において反射した光を再度散乱させ、太陽電池セル1の受光面やテクスチャ構造2の表面への再入射が促されている。ここで、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズを52%以下にする理由について、図8〜図10を参照しながら説明する。
By the way, in the
図8は、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズと、太陽電池セル1による発電効率の向上比との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図8に示すグラフは、図2に示した、光散乱体3を含む第一封止樹脂4について光線追跡シミュレーションを行い、算出されたものである。
FIG. 8 is a graph showing a simulation result of the relationship between the haze of the
この光線追跡シミュレーションでは、太陽電池セル1として結晶シリコン、テクスチャ構造2として、反射防止膜付きシリコン(Si)の(111)面、光散乱体3として酸化アルミニウムの粒子(屈折率n=1.77、粒径1.4μm)、第一封止樹脂4としてEVA(屈折率n=1.5)、カバーガラス5として通常のガラスを用いた。また、光源としては、太陽光のスペクトルの基準として好ましく利用されるエアマス1.5(AM1.5)を用いた。そして、その平行光がカバーガラス5に対して垂直に入射されることで、前記のシミュレーションを行った。
In this ray tracing simulation, crystalline silicon is used as the
ヘイズは、全光線透過率に対する軸外透過率の比を百分率で表したものである。ヘイズの値は、「プラスチック−透明材料のヘイズの求め方(JIS K7361)」における測定光学系を光線追跡シミュレーションで再現することで算出した。このシミュレーションは、光散乱体3が分散された第一封止樹脂4の両面をガラスで挟んでサンプルとし、このサンプルを被測定物として行った。なお、ヘイズの大小は、含有させる光散乱体3の量により調節した。この点は、図9を参照しながら後記する。
Haze is the ratio of off-axis transmittance to total light transmittance expressed as a percentage. The haze value was calculated by reproducing the measurement optical system in “How to determine the haze of a plastic-transparent material (JIS K7361)” by ray tracing simulation. In this simulation, a sample was obtained by sandwiching both surfaces of the
また、効率向上比は、光散乱体3が第一封止樹脂4に含まれていない太陽電池モジュールの発電効率に対する、光散乱体3が第一封止樹脂4に含まれている太陽電池モジュール100における発電効率の比である。よって、効率向上比が1より大きければ、太陽電池モジュール100の変換効率が従来よりも向上していることになる。これらの太陽電池モジュールは、光散乱体3の有無以外は全て同じ条件で製造されたものであり、いずれの太陽電池モジュールにおいても、太陽電池セル1の表面にはテクスチャ構造2が形成されているものである。
The efficiency improvement ratio is the solar cell module in which the
図8に示すように、ヘイズが52%以下のとき、効率向上比が1を超えることがわかった。特に、52%以下であれば、ヘイズが大きければ、発電効率も向上することが分かった。一方で、ヘイズが52%を超えると、効率向上比は著しく低下することがわかった。これは、ヘイズが大きいため第一封止樹脂4内に光は入射するものの、光散乱体3の量が多すぎて、太陽電池セル1の受光面等に到達する光の量が大幅に減少し、発電効率が低下したと考えられる。
As shown in FIG. 8, it was found that the efficiency improvement ratio exceeded 1 when the haze was 52% or less. In particular, it was found that if the haze is large at 52% or less, the power generation efficiency is improved. On the other hand, it was found that when the haze exceeds 52%, the efficiency improvement ratio is significantly reduced. This is because although the haze is large, light enters the
一方で、ヘイズが0%以上2%未満のときには、効率向上比は1程度であるもの、1よりは上昇が認められた。従って、この範囲においても、発電効率の向上が認められた。ただし、光散乱体3を含まない第一封止樹脂4(即ち、EVA単独)では、樹脂自身の散乱により、2%弱のヘイズを有する場合がある。そこで、このことを考慮し、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズは2%以上が好ましいことがわかった。
On the other hand, when the haze was 0% or more and less than 2%, the efficiency improvement ratio was about 1, but an increase over 1 was observed. Therefore, improvement of power generation efficiency was recognized also in this range. However, the
図9は、第一封止樹脂4に含まれる光散乱体3の粒子濃度と、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズとの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーションは、前記の図8のグラフを算出する際のシミュレーション条件と同様にして行った。ただし、今回のシミュレーションでは、光散乱体3の屈折率nを前記のn=1.77(酸化アルミニウム)のほかに、n=1.4(シリコーン系樹脂)、n=1.51(ソーダ石灰ガラス)、n=1.6(エポキシ系樹脂)、n=2.2(酸化ジリコニウム)の4種類についても、同様にシミュレーションを行った。なお、これらの材料は、いずれも、酸化アルミニウムの粒径と同程度の粒径のものを用いた。
FIG. 9 is a graph showing a simulation result of the relationship between the particle concentration of the
図9に示すように、粒子濃度が増加するにつれて、ヘイズは大きくなった。即ち、第一封止樹脂4中の光散乱体3の含有量が増加すれば、第一封止樹脂4の透明度が低下することがわかった。ここで、図8を参照しながら説明したように、本実施形態の太陽電池モジュール100では、第一封止樹脂4のヘイズは52%以下にしている。従って、ヘイズを52%以下にするため、屈折率が1.4の光散乱体3を用いる場合には、5000000個/mm3以下の粒子濃度にすればよいことがわかった。同様に、屈折率が1.6の場合には4000000個/mm3以下、屈折率が1.77の場合には1000000個/mm3以下、屈折率が2.2の場合には2000000個/mm3以下にすればよいことがわかった。一方で、屈折率が1.51の光散乱体3を用いる場合には、測定した最大値の10000000個/mm3においてもヘイズが2.6%であり、52%以下であった。
As shown in FIG. 9, the haze increased as the particle concentration increased. That is, it was found that if the content of the
これらのことをまとめると、光散乱体3の第一封止樹脂4(EVA;屈折率n=1.5)との屈折率差Δnが0.1以上である場合には、ヘイズを52%以下にするためには、粒子濃度を1000000個/mm3以下にすればよいことがわかった。一方で、屈折率差Δnが0.1未満(例えばn=1.51ではΔn=0.01)の場合には、上限値は特に存在しないと考えられる。そのため、図8を参照しながら説明したように、ヘイズは52%以下でありつつ、できるだけ大きい値が好ましいところ、ヘイズを大きくするために光散乱体3の含有量を過剰量にすることも考えら得る。
In summary, when the refractive index difference Δn between the
しかし、光散乱体3の含有量は、第一封止樹脂4への分散性を考慮すると、少ない方が好ましい。分散性が良好であれば、太陽電池セル1の受光面等の全体にムラなく光を到達させて、発電効率を十分に良好なものとすることができる。また、光散乱体3が第一封止樹脂4において均一に分散していることで、第一封止樹脂4の耐久性を向上させることもできる。従って、これらのことを考慮すると、太陽電池モジュール100の効率向上効果をより十分に得るためには、光散乱体3の屈折率によっても異なるが、光散乱体3の粒子濃度を1000000個/mm3以下にしつつ、光散乱体3と封止樹脂4との屈折率差Δnを0.1以上にすることが好ましいことがわかった。
However, the content of the
また、本実施形態の太陽電池モジュール100に使用されているシリコン系の太陽電池セル1では、波長が300nm〜450nmの光の反射率が高い傾向にある。そこで、光散乱体3は、特にこの波長域領域の光を散乱することが好ましい。そのため、光散乱体3を分散した第一封止樹脂4においては、波長が300nm〜450nmの光のヘイズが、波長が450nm〜1100nmの光のヘイズより大きいことが好ましい。従って、前記の屈折率差Δnとして、中でも、波長が300nm〜450nmの光に対する屈折率差の平均が、波長が450nm〜1100nmの光に対する屈折率差の平均より大きくなるようにすることで、より効果的に太陽電池モジュールの変換効率を向上できる。
Moreover, in the silicon-type
図10は、光散乱体3を含む第一封止樹脂4の全光線透過率と、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズとの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーションは、図8を参照しながら説明した光線追跡シミュレーションの条件と同様にして行った。ただし、検討した屈折率は、n=1.4、n=1.6、n=1.77及びn=2.2の4種類とした。
FIG. 10 is a graph showing a simulation result of the relationship between the total light transmittance of the
図10に示すように、全光線透過率が大きければ、ヘイズは小さくなることがわかった。即ち、光の透過量が多ければ、反射する光の量が少なくなることがわかった。そして、図8を参照しながら説明したように、本実施形態の太陽電池モジュール100では、第一封止樹脂4のヘイズは52%以下にしている。そこで、図10に示すように、ヘイズを52%以下とするためには、光散乱体3の屈折率によっても異なるが、全光線透過率を大きくすればよいことがわかった。
As shown in FIG. 10, it was found that if the total light transmittance is large, the haze is small. That is, it was found that the amount of reflected light decreases when the amount of transmitted light is large. And as demonstrated with reference to FIG. 8, in the
具体的には、例えば屈折率が1.4である場合には、全光線透過率は99%以上とすればよいことがわかった。また、屈折率が1.6である場合には、全光線透過率は98%以上、屈折率が1.77である場合には、全光線透過率は95%以上、屈折率が2.2である場合には、全光線透過率は75%以上とすればよいことがわかった。従って、屈折率のできるだけ大きな光散乱体3を用いることで、全光線透過率を低く設定できることがわかった。
Specifically, for example, when the refractive index is 1.4, it has been found that the total light transmittance may be 99% or more. When the refractive index is 1.6, the total light transmittance is 98% or more, and when the refractive index is 1.77, the total light transmittance is 95% or more and the refractive index is 2.2. In this case, it has been found that the total light transmittance may be 75% or more. Therefore, it was found that the total light transmittance can be set low by using the
以上のように、太陽電池セル1の表面にテクスチャ構造2を形成したときに、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズを52%以下にすることで、発電効率を従来よりも向上させることができる(図8参照)。ただし、光散乱体3を含む第一封止樹脂4のヘイズは、できるだけ52%に近いことが好ましい。
As described above, when the
また、第一封止樹脂4のヘイズを52%以下に制御するとき、含まれる光散乱体3の粒子濃度(含有量)を制御することで、ヘイズを制御可能である(図9参照)。ただし、光散乱体3の含有量が同じであっても、屈折率が異なれば、異なるヘイズとなる。そこで、光散乱体3の屈折率と、第一封止樹脂4を構成する樹脂の屈折率との差である屈折率差Δnは、第一封止樹脂4への光散乱体3の分散性を良好にする観点から、0.1以上であることが好ましい。
Moreover, when controlling the haze of the
さらに、第一封止樹脂4のヘイズを52%以下に制御するとき、第一封止樹脂4の全光線透過率は、具体的には屈折率によっても異なるが、できるだけ大きくすることが好ましい(図10参照)。従って、全光線透過率は樹脂の種類によって異なることを考慮し、第一封止樹脂4の種類に応じて光散乱体3の種類を選択することで、第一封止樹脂4のヘイズを52%以下にすることができる。
Furthermore, when the haze of the
1 太陽電池セル
2 テクスチャ構造
3 光散乱体
4 第一封止樹脂
5 カバーガラス
6 バックシート
7 第二封止樹脂
8 配線
11 正面電極
12 背面電極
100 太陽電池モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記太陽電池セルに接続され、前記太陽電池セルにおいて生じた電力を取り出す一対の電極と、
前記太陽電池セルの前記受光面側に設けられた第一封止樹脂と、を備え、
前記第一封止樹脂には、前記第一封止樹脂内の光を散乱させる光散乱体が含まれ、
前記光散乱体を含有した前記第一封止樹脂のヘイズが52%以下であることを特徴とする、太陽電池モジュール。 The received sunlight is converted into electric power, and the solar battery cell having a texture structure on the light receiving surface side of the sunlight,
A pair of electrodes connected to the solar cells and for extracting power generated in the solar cells;
A first sealing resin provided on the light receiving surface side of the solar battery cell,
The first sealing resin includes a light scatterer that scatters light in the first sealing resin,
The solar cell module according to claim 1, wherein a haze of the first sealing resin containing the light scatterer is 52% or less.
前記受光面側に配置された電極は、光を反射可能な金属電極であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の太陽電池モジュール。 At least one of the pair of electrodes is disposed on the light receiving surface side,
The solar cell module according to claim 1, wherein the electrode disposed on the light receiving surface side is a metal electrode capable of reflecting light.
前記太陽電池セルは、前記第一封止樹脂と前記第二封止樹脂とにより封止され、
前記第一封止樹脂は、前記太陽電池セルに接触している部分と、前記第二封止樹脂に直接接触している部分とからなり、
前記第一封止樹脂のうち、前記第二封止樹脂に直接接触している部分にも、前記光散乱体が含まれていることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の太陽電池モジュール。 A second sealing resin is provided on the back side opposite to the light receiving surface of the solar battery cell,
The solar battery cell is sealed with the first sealing resin and the second sealing resin,
The first sealing resin is composed of a portion in contact with the solar battery cell and a portion in direct contact with the second sealing resin.
5. The light scattering body is also included in a portion of the first sealing resin that is in direct contact with the second sealing resin. 6. The solar cell module according to.
前記複数の太陽電池セルは配線によって電気的に接続され、
前記配線は、光を反射可能な金属材料により構成されていることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の太陽電池モジュール。 A plurality of the solar cells are provided,
The plurality of solar cells are electrically connected by wiring,
The solar cell module according to claim 1, wherein the wiring is made of a metal material capable of reflecting light.
前記樹脂部材内に含有され、前記樹脂部材内の光を散乱させる光散乱体と、を含み、
前記光散乱体を含有した前記樹脂部材のヘイズが52%以下であることを特徴とする、太陽電池モジュール用太陽電池の封止樹脂。 A resin member for sealing the solar battery cells;
A light scatterer that is contained in the resin member and scatters the light in the resin member,
A sealing resin for a solar cell for a solar cell module, wherein the resin member containing the light scatterer has a haze of 52% or less.
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