JP2016143680A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】封止材の劣化及びモジュールの絶縁性能の低下を抑制し、良好な品質を長期に亘って維持することである。【解決手段】太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１と、アルミニウムを主成分として構成され、太陽電池セル１１同士を接続する配線材１５と、太陽電池セル１１の第１面側に配置された第１保護部材１２と、太陽電池セル１１の第２面側に配置された第２保護部材１３と、第１保護部材１２と太陽電池セル１１の間に充填された第１封止材１４ａと、第２保護部材１３と太陽電池セル１１の間に充填された第２封止材１４ｂとを備える。第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの少なくとも一方は、酢酸ビニルモノマーに由来する成分を含まない。【選択図】図２

Description

本開示は、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と、太陽電池セル同士を接続する配線材と、各太陽電池セルを挟む２枚の保護部材と、各保護部材の間に充填された封止材とを備える。一般的に、配線材には銅製の部材が、封止材にはエチレン‐酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）がそれぞれ用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２３５６０３号公報

ところで、銅製の配線材を用いた場合、封止材中に銅が拡散して、封止材の黄変、分子量の低下などが発生し、またモジュールの絶縁性能が低下する可能性がある。太陽電池モジュールでは、かかる封止材の劣化、絶縁性能の低下といった問題の発生を抑制し、良好な品質を長期に亘って維持することが求められている。

本開示に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、アルミニウムを主成分として構成され、太陽電池セル同士を接続する配線材と、太陽電池セルの第１面側に配置された第１保護部材と、太陽電池セルの第２面側に配置された第２保護部材と、第１保護部材と太陽電池セルの間に充填された第１封止材と、第２保護部材と太陽電池セルの間に充填された第２封止材とを備え、第１封止材及び第２封止材の少なくとも一方は、酢酸ビニルモノマーに由来する成分を含まない。

本開示に係る太陽電池モジュールによれば、封止材の劣化及び絶縁性能の低下が抑制され、良好な品質を長期に亘って維持することができる。

実施形態の一例である太陽電池モジュールの平面図である。 実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図であって、配線材の長手方向に沿ってモジュールを切断した断面図である（図１のＡＡ線断面の一部を示す）。 実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図であって、配線材の幅方向に沿ってモジュールを切断した断面図である。

上述のように、銅製の配線材を用いた場合は、封止材中に銅が拡散して、封止材の黄変、分子量の低下などが発生し、またモジュールの絶縁性能が低下する可能性がある。かかる不具合の発生を抑制すべく、本発明者らは、銅製の配線材に代えてアルミニウムを主成分として構成される配線材（アルミニウム製の配線材）の適用を検討した。しかし、アルミニウム製の配線材を用いた場合も、アルミニウムが封止材中に溶出して、絶縁性能が低下することが判明した。本発明者らは、さらに鋭意検討した結果、封止材であるＥＶＡ中の酢酸ビニルモノマーに由来する成分から酢酸が生成し、この酢酸がアルミニウムを溶出させることをつきとめた。そして、アルミニウム製の配線材と、酢酸ビニルモノマーに由来する成分を含まない封止材とを用いることにより、封止材の劣化及び絶縁性能の低下が抑制され、良好な品質を長期に亘って維持することが可能な太陽電池モジュールの開発に成功したのである。

以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。以下では、太陽電池セルの「第１面」を光が主に入射する受光面（５０％超過〜１００％の光が受光面から入射する）として説明する。太陽電池セルの「第２面」を裏面とする。

図１は、実施形態の一例である太陽電池モジュール１０を受光面側から見た平面図である。図２及び図３は、太陽電池モジュール１０の断面図である。図１〜図３に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１１と、太陽電池セル１１同士を接続する配線材１５とを備える。太陽電池モジュール１０は、さらに太陽電池セル１１の受光面側に配置された第１保護部材１２と、太陽電池セル１１の裏面側に配置された第２保護部材１３と、各保保護部材の間に充填された封止材１４とを備える。封止材１４は、第１保護部材１２と太陽電池セル１１の間に充填された第１封止材１４ａと、第２保護部材１３と太陽電池セル１１の間に配置された第２封止材１４ｂとを含む。

太陽電池セル１１、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び封止材１４は、太陽電池パネル１７を構成する。太陽電池パネル１７は、太陽電池セル１１のストリング１９が各保護部材により挟まれた板状体である。図１に例示する太陽電池モジュール１０は、平面視（受光面に対して垂直な方向から見た場合）において略矩形形状を有する太陽電池パネル１７と、太陽電池パネル１７の周縁部に取り付けられたフレーム１８とを備える。図１では、４つの太陽電池セル１１からなるストリング１９が６列並んだ太陽電池パネル１７を例示しているが、太陽電池セル１１の配置等はこれに限定されず、用途等に合せて適宜変更可能である。

太陽電池セル１１は、受光によりキャリアを生成する光電変換部を備える。太陽電池セル１１は、光電変換部で生成したキャリアを収集する電極として、光電変換部の受光面上に形成される受光面電極と、裏面上に形成される裏面電極とを有する。太陽電池セル１１の電極は、例えば後述する透明導電層上に形成され、細線状のフィンガー電極と、フィンガー電極からキャリアを収集するバスバー電極とを含む。但し、太陽電池セル１１の構造はこれに限定されず、例えば光電変換部の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。裏面電極は受光面電極よりも大面積に形成されることが好ましく、電極面積が大きい方の面（又は電極が形成される面）が太陽電池セル１１の裏面であるといえる。

光電変換部は、例えば結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板と、当該基板上に形成された非晶質半導体層と、当該非晶質半導体層上に形成された透明導電層とを有する。非晶質半導体層を構成する非晶質半導体としては、ｉ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコン、ｐ型非晶質シリコン等が例示できる。透明導電層は、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。光電変換部は、例えばｎ型単結晶シリコン基板の受光面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、透明導電層が順に形成され、基板の裏面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、透明導電層が順に形成された構造を有する。或いは、ｐ型非晶質シリコン層がｎ型単結晶シリコン基板の裏面側に、ｎ型非晶質シリコン層が基板の受光面側にそれぞれ形成されていてもよい。

配線材１５は、太陽電池セル１１同士を接続する金属製部材であって、例えば幅０．５ｍｍ〜２ｍｍ、厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の断面視矩形形状の部材である。本実施形態では、複数の太陽電池セル１１が同一平面上に配置されており、隣り合う太陽電池セル１１同士が配線材１５によって直列に接続され、これにより太陽電池セル１１のストリング１９が形成されている。配線材１５は、隣り合う太陽電池セル１１の間でモジュールの厚み方向に曲がり、一方の太陽電池セル１１の受光面電極と他方の太陽電池セル１１の裏面電極とにそれぞれ取り付けられる。なお、図１に例示する太陽電池モジュール１０は、隣り合うストリング１９同士を接続する配線材１５ｚ（渡り配線材とも呼ばれる）を備える。隣り合うストリング１９同士を接続する配線材１５ｚは、ストリング１９の端に位置する太陽電池セル１１上から延出した配線材１５に接続され、例えば配線材１５ｚの一部が図示しない端子ボックスに接続される。

配線材１５は、アルミニウムを主成分として構成される。ここで、「アルミニウムを主成分とする」とは、配線材１５の構成材料に占めるアルミニウムの割合（重量％）が最も多いことを意味し、アルミニウムが１００重量％であってもよい。配線材１５の構成材料には、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、銅を含有しないことが好ましい。アルミニウムの含有量は、配線材１５の総重量に対して、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、特に好ましくは８０％以上である。太陽電池モジュール１０では、アルミニウム製の配線材１５を用いるため、銅の拡散による封止材１４の劣化が発生しない。配線材１５ｚも、配線材１５と同様の材料で構成されることが好ましい。

配線材１５は、例えば太陽電池セル１１のバスバー電極上に接着材１６を用いて取り付けられる。接着材１６には、半田を用いてもよいが、好ましくはエポキシ系樹脂等を主成分とする樹脂接着剤を用いる。樹脂接着剤は、銀粒子等の導電性フィラーを含有する導電性接着剤、樹脂成分のみから構成される非導電性接着剤のいずれであってもよい。

第１保護部材１２には、例えばガラス基板、樹脂基板、又は樹脂シート等の透光性を有する部材を用いることができる。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板の厚みは特に限定されないが、好ましくは２〜６ｍｍ程度である。

第２保護部材１３には、第１保護部材１２と同じ透明な部材を用いてもよいし、裏面側からの受光を想定しない場合は不透明な部材を用いてもよい。本実施形態では、第２保護部材１３に樹脂シートを用いる。なお、第１保護部材１２及び第２保護部材１３の少なくとも一方には、例えば酸素透過度が４ｃｃ（ＮＴＰ）／ｍ²／ｄａｙ／０．１ｍｍ／ａｔｍ以上の樹脂シートを用いることができる。上記のように、第１保護部材１２にはガラス基板を用いることが好適であるから、かかる酸素透過率が高い樹脂シートは第２保護部材１３に適用される。酸素透過度が４ｃｃ（ＮＴＰ）／ｍ²／ｄａｙ／０．１ｍｍ／ａｔｍ以上の樹脂シートとしては、厚みが５０μｍ〜１５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のシートが例示できる。銅製の配線材を用いた場合には銅害を抑制すべく酸素透過度が低い保護部材を適用するが、太陽電池モジュール１０ではアルミニウム製の配線材１５を用いているため、酸素透過率が高い安価な樹脂シートを使用することが可能である。

封止材１４は、太陽電池セル１１に水分等が作用することを防ぐ役割を果たす。封止材１４は、例えば第１封止材１４ａ、第２封止材１４ｂをそれぞれ構成する２枚の樹脂シートを用いて、後述のラミネート工程により形成される。封止材１４の厚みは特に限定されないが、好ましくは第１封止材１４ａ、第２封止材１４ｂのそれぞれの厚みが１００μｍ〜６００μｍ程度である。

第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの少なくとも一方は、酢酸ビニルモノマーに由来する成分（以下、「ＶＡ成分」という）を含まない。これにより、配線材１５からのアルミニウムの溶出が抑制され、良好な絶縁性能を維持することができる。ここで、封止材１４におけるＶＡ成分の含有量が極微量である場合（ＶＡ成分を実質的に含まないと認められる場合）は、封止材１４にＶＡ成分が含まれないと解釈されるべきである。

第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの一方のみ、例えばガラス基材（第１保護部材１２）と太陽電池セル１１の間に配置された第1封止材１４ａはＶＡ成分を含まず、第２封止材１４ｂのみＶＡ成分を含む構成としてもよい。第２保護部材１３よりも第１保護部材１２と太陽電池セル１１の間に配置される方が、ＶＡ成分中の酢酸が抜けずに滞留し易くなるためである。太陽電池セル１１の電極が裏面側のみに形成される場合でも同様である。但し、配線材１５のアルミニウムが封止材１４中に溶出することをより確実に抑制するためには、第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂのいずれもＶＡ成分を含まないことが好適である。

第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂは、ＶＡ成分を含まず、各保護部材及び太陽電池セル１１に対する密着性が良く、水分を透過し難い樹脂で構成されることが好適である。第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの少なくとも一方、好ましくは両方が、温度８５℃、湿度８５％の環境下に１０００時間曝したときの水分含有量（以下、「水分含有量（８５℃、８５％、１０００時間）」とする）が８００ｐｐｍ以下である。当該水分含有量が８００ｐｐｍ以下であれば、例えば第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂのいずれかにＶＡ成分が含まれる場合であっても、配線材１５のアルミニウムの溶出を十分に抑制することができる。封止材の水分含有量は、カールフィッシャー法を用いて測定できる。なお、水分含有量（８５℃、８５％、１０００時間）は、通常、封止材の飽和水分濃度である。

第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの水分含有量（８５℃、８５％、１０００時間）は、１００ｐｐｍ〜６００ｐｐｍであることが特に好ましい。例えば、接着材１６中には僅かに水分が含まれ、この水分は湿度変化時に封止材１４中に拡散するが、封止材１４の水分含有量が少な過ぎると、水分の拡散が妨げられ封止材１４と配線材１５の界面で水蒸気に起因する気泡が発生し易くなると考えられる。水分含有量（８５℃、８５％、１０００時間）が１００ｐｐｍ〜６００ｐｐｍであれば、かかる気泡の発生を抑制することができる。

封止材１４を構成する好適な樹脂としては、炭素数２〜２０のαオレフィンから選ばれる少なくとも１種を重合して得られる、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとその他のαオレフィンとのランダム又はブロック共重合体などのオレフィン系樹脂（ポリオレフィン）、ポリオールとポリカルボン酸又はその酸無水物・低級アルキルエステルとの重縮合物などのエステル系樹脂（ポリエステル）、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物（ジオール、ポリオールリオール、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、ポリアミン、ポリチオール等）との重付加物などのウレタン系樹脂（ポリウレタン）が例示できる。

第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの少なくとも一方、好ましくは両方が、上記オレフィン系樹脂を主成分とすることが好ましい。好適なオレフィン系樹脂は、エチレンに由来する成分を含み、例えばエチレンと炭素数３〜２０のαオレフィンから選ばれる少なくとも１種との共重合体である。ここで、「オレフィン系樹脂を主成分とする」とは、第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの構成材料に占めるオレフィン系樹脂の割合（重量％）が最も多いことを意味し、オレフィン系樹脂が１００重量％であってもよい。オレフィン系樹脂の含有量は、第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの総重量に対して、好ましくは５０％以上、より好ましくは７０％以上、特に好ましくは８０％以上である。

第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂは、架橋性、非架橋性のいずれであってもよい。第１封止材１４ａ及び第２封止材１４ｂの一方が架橋性、他方が非架橋性であってもよい。なお、架橋性樹脂とは、例えば「複数のポリマー分子を繋げる結合を持つ樹脂」や「ポリマー分子から枝分かれしたポリマー鎖が、他のポリマー分子に結合して網目構造を持つ樹脂」等が含まれる。非架橋性樹脂はそれらを包含しない樹脂である。また、非架橋性樹脂は熱や変形により流動（塑性変形）する、又は流動し易くなる特性を有する。

封止材１４は、各種添加物を含有することができる。添加物としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、耐候性付与剤、シランカップリング剤、粘着性付与剤、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等の顔料などが例示できる。裏面側からの受光を想定しない場合には、例えば第２封止材１４ｂに酸化チタンを添加することで、太陽電池セル１１の受光効率を向上させることができる。

上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、配線材１５により接続された太陽電池セル１１のストリング１９を、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び封止材１４を構成する樹脂シートを用いてラミネートすることにより製造できる。ラミネート装置では、例えばヒーター上に、第１保護部材１２、第１封止材１４ａを構成する樹脂シート、太陽電池セル１１のストリング１９、第２封止材１４ｂを構成する樹脂シート、第２保護部材１３が順に積層される。この積層体は、例えば真空状態で１５０℃程度に加熱される。その後、大気圧下でヒーター側に各構成部材を押し付けながら所定時間加熱を継続して太陽電池パネルを作製する。最後に、フレーム等を太陽電池パネルに取り付けて太陽電池モジュール１０が得られる。

上記構成を備えた太陽電池モジュール１０によれば、アルミニウム製の配線材１５、及びＶＡ成分を含まない封止材１４を用いることにより、封止材１４の劣化及びモジュールの絶縁性能の低下が抑制され、良好な品質を長期に亘って維持することが可能である。つまり、太陽電池モジュール１０は、優れた耐久性を有する。

１０ 太陽電池モジュール、１１ 太陽電池セル、１２ 第１保護部材、１３ 第２保護部材、１４ 封止材、１４ａ 第１封止材、１４ｂ 第２封止材、１５，１５ｚ 配線材、１６ 接着材、１７ 太陽電池パネル、１８ フレーム、１９ ストリング

Claims (6)

1. 複数の太陽電池セルと、
   アルミニウムを主成分として構成され、前記太陽電池セル同士を接続する配線材と、
   前記太陽電池セルの第１面側に配置された第１保護部材と、
   前記太陽電池セルの第２面側に配置された第２保護部材と、
   前記第１保護部材と前記太陽電池セルの間に充填された第１封止材と、
   前記第２保護部材と前記太陽電池セルの間に充填された第２封止材と、
   を備え、
   前記第１封止材及び前記第２封止材の少なくとも一方は、酢酸ビニルモノマーに由来する成分を含まない、太陽電池モジュール。
2. 前記第１封止材及び前記第２封止材は、酢酸ビニルモノマーに由来する成分を含まない、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第１封止材及び前記第２封止材の少なくとも一方は、オレフィン系樹脂を主成分とする、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第１封止材及び前記第２封止材の少なくとも一方は、温度８５℃、湿度８５％の環境下に１０００時間曝したときの水分含有量が８００ｐｐｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記第１封止材及び前記第２封止材は、温度８５℃、湿度８５％の環境下に１０００時間曝したときの水分含有量が１００ｐｐｍ〜６００ｐｐｍである、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記第１保護部材及び前記第２保護部材の少なくとも一方は、酸素透過度が４ｃｃ（ＮＴＰ）／ｍ²／ｄａｙ／０．１ｍｍ／ａｔｍ以上の樹脂シートである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。