JP2016134575A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの長期間の使用によって太陽電池セル接続部材として広く使用されている銅製の芯線を含む接続部材からの銅イオンの拡散を防止する方法の提供。
【解決手段】太陽電池モジュールは、配列方向に沿って配列される複数の太陽電池セル８と、複数の太陽電池セルを電気的に接続する複数の銅製配線材３ａと、銅製配線材に隣接して配置される銅拡散防止シート１と、太陽電池セルと銅製配線材と銅拡散防止シートとからなる太陽電池セルストリングを封止する封止材６ａと、封止材の表面を保護する保護部材と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

一般に、太陽電池セルの１枚当りの出力は数ワット程度であり、かつ脆い。従って、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池セルを電気的に接続することによって出力を増大させ、ガラスや樹脂充填材等を用いて太陽電池セルを衝撃から保護するように構成された太陽電池モジュールが用いられる。

複数の太陽電池セルは、導電性を有する配線材を用いて電気的に接続される。一般には、銅製の芯線を半田又は銀等の導電性を有するコート材で被覆した配線材が用いられている。

しかしながら、太陽電池モジュールは長期間に渡って屋外に設置して使用するために、時間経過に伴って銅製の芯線を含むこういった配線材から銅イオンが溶出する。すると、溶出した銅イオンが周囲に配置されている封止材を劣化させ、封止材の封止能力が損なわれるという課題があった。そのため、銅イオンによる封止材の劣化を防ぐ目的で、封止材と銅を含む配線材との間に、銅イオンの拡散を防止するシートを配置することが開示されている。

特開平８−１３９３５０号公報

ここで、上記特許文献においては配線材の上面部に銅拡散防止シートが配置されている。通常、配線材は断面が扁平な長方形をしており、配線材の表面積は上面部が大きく、側面部は小さい。太陽電池モジュールの更なる長寿命化のためには、配線材の側面から溶出する銅イオンについても拡散防止が求められる。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、信頼性が向上した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の特徴にかかる太陽電池モジュールは、配列方向に沿って配列される複数の太陽電池セルと、複数の太陽電池セルを電気的に接続する複数の銅製配線材と、銅製配線材に隣接して配置される銅拡散防止シートと、太陽電池セルと銅製配線材と銅拡散防止シートとからなる太陽電池セルストリングを封止する封止材と、封止材の表面を保護する保護部材と、を備える。

本発明によれば、信頼性が向上した太陽電池モジュールを提供することができる。

第１の実施形態における太陽電池モジュールの部分上面図である。 図１におけるＡ−Ａ直線の断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ直線の断面図のうち、太陽光が入射する面側の断面図である。 図１における領域Ｃに銅拡散防止シートを配置する場合の銅拡散防止シートの位置を示す断面図である。 第２の実施形態における太陽電池モジュールの部分上面図である。 図２におけるＣ−Ｃ直線の断面図である。 図２におけるＤ−Ｄ直線の断面図のうち、太陽光が入射する面側の断面図である。 図２におけるＤ−Ｄ直線の断面図であって、銅拡散防止シートに第３の実施形態を適用した場合の断面図である。 第３の実施形態における銅拡散防止シートの、光拡散能を有する面からの俯瞰図である。

本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであって、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

〔第１の実施形態〕
（太陽電池モジュールの構成）

第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の概略構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。

図１は第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の部分上面図である。また、図２は図１中に記載されたＡ−Ａに示す線の断面図である。

図１及び図２によれば、太陽電池モジュール１００はその周囲に、アルミニウム等の金属からなるフレーム３０を備える。太陽電池モジュール１００は、隣接する太陽電池セル８を電気的に接続する銅製配線材３ａを用いて太陽電池セル８を複数接続して形成される太陽電池セルストリング９ａを複数備える。さらに、太陽電池セルストリング９ａ間には、太陽電池セルストリング間を電気的に接続する銅製配線材３ｂを備える。さらに、太陽電池モジュール１００は、電力取り出し用に、銅製配線材３ｂに電気的に接続された電流取り出しタブ（図示せず）及び端子ボックス（図示せず）を備える。

図２によれば、太陽電池モジュール１００は、太陽電池セルストリング９ａ、太陽電池セルストリング９ａを封止する封止材６ａ及び６ｂ、封止材６ａ及び６ｂを更に保護する表面側保護部材１０及び裏面側保護部材２０を備える。なお、図２においてSで示した矢
印は、太陽電池モジュールを屋外に設置した際に、太陽光が主に入射する面を示す。

太陽電池セルストリング９ａを上下から封止する封止材６ａ及び６ｂの材料は、ポリオレフィン類、ポリエチレン類、ポリフェニレン類及びそれらの共重合体を始めとした熱可塑性樹脂、又は熱硬化性樹脂からなる群より選択するのが好ましい。封止材６ａ及び６ｂは加熱圧着によって硬化させるが、このとき６ａ及び６ｂの材料は同一でも異なっていてもよく、その組み合わせは特に限定しない。一例として、６ａ及び６ｂの両方にエチレン
酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いてよい。

硬化後の封止材６ａ及び６ｂをさらに保護する表面側保護部材１０としては、ガラス板、アクリル樹脂板など、透光性が高くかつ硬い材料を用いるのが望ましい。本実施形態では強化ガラス板を用いている。また、裏面側保護部材２０としては、ガラスなどの硬くて耐侯性の高い材料、又は柔軟性、熱耐性及び耐水性が高い樹脂シートや、複数の材料を積層してなる耐侯性の高い複合樹脂シートを用いるのが好ましい。光入射面側から入射した光を太陽電池セルに向けて反射することができる色であるのが更に好ましく、とりわけ、光散乱物質である酸化チタン（ＴｉＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の粒子を含む白色のポリエチレン（ＰＥ）シートあるいはＥＶAシートに、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥ
Ｔ）シートを積層した構造の複合樹脂シートを用いるのが最も好ましい。

（太陽電池セルストリング９ａの構造の詳細な説明）
次に、図２を参照して第１の実施形態における太陽電池セルストリング９ａの構造を詳細に説明する。

太陽電池セルストリング９ａは、複数の太陽電池セル８と、複数の太陽電池セル８を電気的に接続する銅製配線材３ａと、銅製配線材３ａの上面側に配置された銅拡散防止シート１とを備える。

銅拡散防止シート１の材料は、PE、PET、ナイロン、ポリカーボネート、ポリプロピレ
ン、ポリ塩化ビニル、アクリル等からなる群から選択されてよい。

銅製配線材３ａと集電極５とは電気的に接続されるが、その接続方法は特に限定されない。たとえば、集電極５と銅製配線材３ａとを半田を用いて接続してよい。

銅拡散防止シート１は、太陽電池セルストリング９ａの末端部分（図１、領域Ｃ）にある銅製配線材３ａに、任意の接着剤またはテープ等を用いて仮止めしてよい。このほか、太陽電池モジュールの組み立て工程において、太陽電池セルストリング９ａの下側に予め配置しておいた封止材６ａ又は６ｂの樹脂シート等に任意のテープ等を用いて仮止めしてもよい。

このときの銅拡散防止シート１の配置方法は図１及び図２に示す通りである。太陽電池セルストリング９ａの端から端までの銅製配線材３ａの上面側を、１枚の長い銅拡散防止シート１によって被覆する。このとき、銅拡散防止シート１の短手方向の幅は、銅製配線材３ａの短手方向の幅よりも大きくなるように設計する。

こうして形成された太陽電池セルストリング９ａを所望の数だけ用意し、一般的な方法を用いて太陽電池モジュール１００へと加工する。

太陽電池モジュール１００のＢ−Ｂ断面図のうち、太陽電池セル８の上面側部分の拡大を図３に示す。太陽電池モジュール形成時に加圧加熱することによって、銅拡散防止シート１は屈曲し、銅製配線材３ａの側面を覆うように変形されて固定される。本実施形態においては、銅拡散防止シート１と銅製配線材３ａとの間へと封止材６ａが流入し、封止材６ａで充填されているが、銅拡散防止シート１が直接、銅製配線材３ａを被覆してもよいし、銅拡散防止シート１と銅製配線材３ａとの間に気泡が存在していてもよい。

また、本実施形態では、銅拡散防止シート１が銅製配線材３ａの両側面を被覆しているが、上面及び側面の一方のみ被覆している場合でも銅イオンの拡散防止には効果がある。さらに、本実施形態では、銅拡散防止シート１は銅製配線材３ａの側面を、厚み方向の半
分程度まで被覆しているが、銅拡散防止シート１の幅をさらに広くすることによって、銅拡散防止シート１が銅製配線材３ａの側面の厚み方向全てを被覆していてもよく、また、銅拡散防止シート１の幅を狭くして、銅拡散防止シート１が銅製配線材３ａの側面の上方のみを被覆していてもよい。

銅拡散防止シートの配置する位置は、銅製配線材３ａと封止材６ａ及び６ｂとの間に限定されない。例えば、銅イオンは銅製配線材３ｂ（図１の領域Ｃ）からも溶出する。そのため、図４に示すように銅製配線材３ｂと封止材６ａとの間、及び銅製配線材３ｂと封止材６ｂとの間に銅拡散防止シート１を配置してよい。なお、当該箇所の銅製配線材３ａは、上面側が封止材６ａと、下面側が封止材６ｂと接しているが、少なくとも片面を被覆するだけでも銅イオンの拡散防止効果が期待できる。

〔第２の実施形態〕
第２実施形態に係る太陽電池モジュール１１０の概略構成について、図５〜図７を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態における太陽電池モジュールの構造は一部を除いて第１の実施形態と同一であるため、ここでは第１の実施形態と異なる部分について詳しく説明する。

（太陽電池モジュールの構造）
図５は第２の実施形態に係る太陽電池モジュール１１０の部分上面図である。この図において、銅製配線材３ａを被覆する銅拡散防止シート１は、太陽電池セル８の１枚分と同じ長さに区切られて配置されている。したがって、２枚の太陽電池セル８の間には、図５のように太陽電池モジュール１１０を上面側から見たときに銅製配線材３ａが目視で確認できる領域が存在する。

（太陽電池セルストリング９ｂの構造の詳細な説明）
図６は図５中に記載されたＣ−Ｃに示す線の断面図である。銅拡散防止シート１を太陽電池セル８の１枚分ごとの長さに区切って配置した例を示している。封止材６ａ及び６ｂ、表面側保護部材１０、裏面側保護部材２０の配置は第１の実施形態と同様である。

図７は、図５中にＤ−Ｄで示す線の断面図のうち、太陽電池セル８の上面側だけを示した断面図である。銅製配線材３ａ上には、第１の接着剤２を介して銅拡散防止シート１を配置する。更に、太陽電池セル８上に形成された集電極５上に、第２の接着剤４を介して銅製配線材３ａを固定する。

銅拡散防止シート１を銅製配線材３ａに固定するための第１の接着剤２は、たとえばEVAやPEなど、通常太陽電池モジュールの封止に用いる材料を用いてもよく、アクリル樹脂
、ウレタン樹脂等からなる一般の接着剤を用いてもよい。本実施形態ではEVAを用いてい
る。本実施形態では、第１の接着剤２は、銅拡散防止シート１の片面に第１の接着剤２が予め塗布されているものを用いているが、第１の接着剤２は、銅拡散防止シート１を銅製配線材３ａ上に配置する際に塗布してもよい。いずれの場合にも、第１の接着剤２の短手方向の幅は、銅拡散防止シート１の短手方向の幅と等しいか、それよりも短くなるように設計する。

銅製配線材３ａを集電極５上に固定するための第２の接着剤４は、導電性粒子を含んでいても、含んでいなくてもよい。本実施形態では、導電性粒子を含む樹脂をシート状に成型したものを用いている。導電性粒子を含む場合には、銅製配線材３ａと集電極５とが導電性粒子を介して、間接的に電気的に接続される。導電性粒子を含まない場合には、銅製配線材３ａと集電極５とが直接、電気的に接続される。

太陽電池セルストリング９ｂの形成時、集電極５上に銅製配線材３ａを接着するに当たっては、まず集電極５上に第２の接着剤４を配置し、更に銅製配線材３ａを配置して、加熱圧着を行う。すると第２の接着剤４が軟化し、銅製配線材３ａが第２の接着剤４に押し込まれ、銅製配線材３ａの側面の一部が第２の接着剤４で被覆される。このとき、第２の接着剤４の樹脂シートは、集電極５よりも厚い方が好ましく、また、銅製配線材３ａよりも幅が広いほうが好ましい。第２の接着剤４がシート状に形成されたものではない場合には、例えば集電極５よりも厚く、銅製配線材３ａよりも幅が広くなるように塗布すればよい。こうすることで、上述のように、第２の接着剤４が確実に銅製配線材３ａの側面の一部を被覆する。

集電極５と銅製配線材３ａとを電気的に接続するのと同時又は電気的に接続した後に、銅製配線材３ａ上に、銅拡散防止シート１を配置する。このとき、銅製配線材３ａ上に配置する銅拡散防止シート１のうち、銅製配線材３ａと対向する側の面には第１の接着剤２が予め塗布されている。そのため、銅製配線材３ａ上に配置するのと同時かまたは配置後に加熱圧着を行うことによって、銅製配線材３ａ上に銅拡散防止シート１を固定することができる。

太陽電池モジュールの製造工程において、銅拡散防止シート１及び第１の接着剤２は、封止材６ａ及び６ｂを加圧加熱硬化することによって屈曲し、銅拡散防止シート１又は第１の接着剤２の少なくとも一方が銅製配線材３ａの側面を被覆するように変形して固定される。

図５中、領域Ｃに当たる部分の銅製配線材３ｂについても、第１の実施形態と同様に銅拡散防止シート１で被覆してよい。

なお、本実施形態においてはｉ）銅拡散防止シート１と銅製配線材３ａとの間、ｉｉ）集電極５と銅製配線材３ａとの間、の両方について樹脂を用いて接着した例を示している。しかしながら、ｉ）又はｉｉ）のどちらか一方に樹脂接着の手法を適用し、他方は第１の実施形態と同じであってもよい。

〔第３の実施形態〕
第３の実施形態においては、太陽電池モジュールの構成は、太陽電池モジュール１００又は１１０、太陽電池セルストリング９ａ又は９ｂの任意の組み合わせであってよい。ここでは、太陽電池モジュール全体の構成が第２の実施形態に準ずるものとして、第３の実施形態について説明する。

（太陽電池セルストリングの断面構造）
第３の実施形態における太陽電池セルストリング９ｃの断面構造を図８に示す。銅製配線材３ａ上には、第１の接着剤２を介して銅拡散防止シート１を配置する。更に、太陽電池セル８上に形成された集電極５上に、第２の接着剤４を介して銅製配線材３ａを固定する。このような構成は第２の実施形態と同じである。

ここで、銅拡散防止シート１の表面状態及び断面形状について説明する。まず銅拡散防止シート１は、片面に第１の接着剤２を備え、第１の接着剤２を備える面と反対の面には、表面に金属が蒸着され光拡散能を有する。すなわち、銅拡散防止シート１を配置する際には、光反射能を有する面を太陽光の入射面側に向けて配置する。

光反射能を有する面の断面形状は、銅拡散防止シート１上に垂直上側方向から入射した光の向きが変わるように反射させ、封止材６ａと表面側保護部材１０との間、又は表面側保護部材１０と大気との間で再反射させることによって、入射光の一部を太陽電池モジュ
ール内に戻すことができる形状である限りにおいて、限定されない。図９に示す通り、光拡散能を有する複数の突起７が、銅拡散防止シート１の長手方向に沿って設けられているのが好ましい。複数の突起７の数および形状は特に限定されないが、複数の連続した矩形又は複数の連続した半円形であるのが好ましく、複数の連続した三角形であるのが最も好ましい。なお、銅拡散防止シート１と突起７とは、一体成型されたものでもよいし、銅拡散防止シート１を形成した後に突起７の部分を積層したものでもよい。

以上、本願発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、本願発明の請求の範囲は添付の請求の範囲に記載された請求項によってのみ限定されるものであり、説明した実施形態は単なる例示にすぎない。当業者らは、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいて様々な変形例を実施可能であることは理解されるべきである。

たとえば、銅製配線材３ａ及び３ｂとしては、銅製の芯線に半田又は銀等の導電性材料でコーティングしたものが主に用いられているが、コーティングがされていない銅のみからなる配線材を使用してもよい。銅製の芯線に半田又は銀等の導電性材料がコーティングされたものであっても、銅イオンはコーティング材料中を拡散して封止材に溶出するので、本願発明の実施形態を取ることで銅イオンの溶出を抑制できる。コーティングがされていない銅のみからなる配線材の場合は、コーティングされた銅製配線材３ａ及び３ｂと比較して銅イオンの溶出が激しいために、更に効果が高い。

また銅拡散防止シート１は、本実施形態においては、太陽光が入射する面側の銅製配線材３ａ上にのみ使用されているが、両面発電型の太陽電池モジュールにあっては、光入射面側と反対の面に配置されている銅製配線材３ａ上に適用してもよい。

１：銅拡散防止シート、２：第１の接着剤、３ａ，３ｂ：銅製配線材、４：第２の接着剤、５：集電極、６ａ，６ｂ：封止材、７：突起、８：太陽電池セル、９ａ，９ｂ，９ｃ：太陽電池セルストリング、１０：表面側保護部材、２０：裏面側保護部材、３０：フレーム、１００，１１０：太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 複数の太陽電池セルと、
   前記複数の太陽電池セルに電気的に接続された銅製配線材と、
   前記太陽電池セルと前記銅製配線材とを封止する封止材と、
   前記銅製配線材の上面及び側面を被覆する銅拡散防止シートと、
   を備えた太陽電池モジュール。
   
2. 前記銅拡散防止シートが、第１の接着剤を介して前記銅製配線材の上面に配置され、
   前記第１の接着剤を介して前記銅製配線材の側面を被覆する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
   
3. 前記銅製配線材は、第２の接着剤によって前記太陽電池セルに電気的に接続され、
   前記第２の接着剤が前記銅製配線材の側面を被覆する、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
   
4. 前記銅拡散防止シートは、少なくとも一方の面に光拡散能を備えている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

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