JP2016178328A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽電池モジュール１は、３ｍｍ〜６ｍｍの厚みを有するガラス板または樹脂板により構成される透明基板１０と、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む透明樹脂層１３ｂと、複数の太陽電池セル１２を有する太陽電池セルユニット２と、エチレン・酢酸ビニル共重合体等の樹脂及び酸化チタン粒子等の着色剤を含み、構成する樹脂が透明樹脂層１３ｂ異なる着色樹脂層１３ａと、１５０μｍ〜３００μｍの厚みを有する樹脂シートにより構成されるバックシート１１と、を備え、透明基板１０と、透明樹脂層１３ｂと、太陽電池セルユニット２と、着色樹脂層１３ａと、バックシート１１とがこの順番で積層される。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
近年、環境負荷が小さいエネルギー源として、太陽電池モジュールが大いに注目されている。
太陽電池モジュールは、太陽電池セルを備えている。太陽電池セルは、水分などとの接触により劣化しやすい。このため、太陽電池セルを外気から隔離する必要がある。従って、太陽電池セルは、通常、表裏を保護するための保護部材の間に設けられている充填剤層の内部に配置されている。
この充填剤層に関し、例えば下記の特許文献１には、充填剤層のうち、太陽電池セルの裏面と裏面側保護部材との間に位置している部分を着色ＥＶＡフィルムにより作製することが記載されている。また、特許文献１には、着色ＥＶＡフィルムを用いることにより、光の利用効率が高められるため、光電変換効率を向上できる旨が記載されている。
特開２００３−２５８２８３号公報
特許文献１に記載の太陽電池モジュールは、例えば、着色ＥＶＡフィルムと、透明ＥＶＡフィルムとの間に太陽電池セルが配置された積層体を加熱圧着することにより製造することができる。
しかしながら、このような製造方法で特許文献１に記載の太陽電池モジュールを製造した場合、着色ＥＶＡが太陽電池セルの受光面側に回り込んでしまうという懸念がある。着色ＥＶＡが太陽電池セルの受光面側に回り込んでしまうと、受光面に入射しようとする光の一部が着色ＥＶＡにより遮られてしまう。従って、受光面における受光効率が低下してしまうため、太陽電池モジュールの出力が低くなってしまうという問題が生じる。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、透明基板と、透明樹脂シートと、太陽電池セルユニットと、着色樹脂シートと、バックシートとをこの順番で積層することにより積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を加熱しながらラミネートすることにより、前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートの、前記積層体の端部に位置する部分が、前記積層体の中央に向かって流動し、前記積層体の端部に位置する部分が薄く変形させるラミネート工程と、を含む備える太陽電池モジュールの製造方法であって、前記太陽電池セルユニットは、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有し、前記透明樹脂シートは、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含み、前記着色樹脂シートを構成する樹脂が前記透明樹脂シートと異なり、前記着色樹脂シートは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む。
また、本発明に係る太陽電池モジュールは、３ｍｍ〜６ｍｍの厚みを有するガラス板または樹脂板により構成される透明基板と、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む透明樹脂層と、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有する、太陽電池セルユニットと、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂と、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子、ウルトラマリン、カーボンブラック、ガラスビーズ及び光拡散材からなる群から選ばれた少なくともひとつの着色剤と、を含み、構成する樹脂が前記透明樹脂層と異なる着色樹脂層と、１５０μｍ〜３００μｍの厚みを有する樹脂シートにより構成されるバックシートと、を備え、前記透明基板と、前記透明樹脂層と、前記太陽電池セルユニットと、前記着色樹脂層と、前記バックシートとがこの順番で積層される。
本発明によれば、改善された出力を有する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的平面図である。 図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。 図３は、積層体の略図的分解断面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる一例である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
また、以下の実施形態において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、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、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。図１及び図２に示すように、太陽電池モジュール１は、受光面側保護部材としての透明基板１０と、裏面側保護部材としてのバックシート１１と、樹脂層としての充填剤層１３と、複数の太陽電池セル１２を含む太陽電池セルユニット２とを備えている。
なお、太陽電池モジュール１は周囲を囲繞する枠体を有していても良い。また、透明基板１０またはバックシート１１の上に、電力取り出し用の端子ボックスを有していても良い。
（透明基板１０）
透明基板１０は、太陽電池セル１２の受光面１２ａ側に配されている。透明基板１０は、太陽電池セルユニット２を保護すると共に、太陽電池モジュール１の機械的強度を担保する部材である。
透明基板１０は、例えば、ガラス板や樹脂板などにより構成することができる。なかでも、透明基板１０は、ガラス板により構成されていることが好ましい。ガラス板は、剛性
及び光透過率が高く、かつ耐候性に優れているからである。
なお、透明基板１０の厚さは、特に限定されない。透明基板１０の厚さは、例えば、３ｍｍ〜６ｍｍ程度とすることができる。
（バックシート１１）
バックシート１１は、透明基板１０と対向している。バックシート１１は、太陽電池セル１２の裏面１２ｂ側に配されている。バックシート１１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなる可撓性を有する樹脂シートなどにより構成することができる。なお、バックシート１１を構成する樹脂シートの内部には、例えば、アルミニウム箔などの金属箔や、水分透過性が低い無機バリア層等が設けられていてもよい。無機バリア層は、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の無機酸化物などにより形成することができる。
なお、バックシート１１の厚さは、特に限定されない。バックシート１１の厚さは、例えば、１５０μｍ〜３００μｍ程度とすることができる。
（太陽電池セルユニット２）
充填剤層１３の内部には、太陽電池セルユニット２が配置されている。太陽電池セルユニット２は、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリング３を備えている。太陽電池セルストリング３は、複数の太陽電池セル１２を有する。複数の太陽電池セル１２は、一の方向に配列され、配線材１４によって直列または並列に電気的に接続されている。具体的には、複数の太陽電池セル１２は、一の方向において隣り合う太陽電池セル１２同士が配線材１４によって電気的に接続されることによって、直列または並列に電気的に接続されている。
太陽電池セル１２は、光電変換部と、光電変換部の上に配されたｐ側電極及びｎ側電極とを有する。光電変換部は、受光することによって電子や正孔などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部は、例えば、一の導電型を有する結晶性半導体基板と、その結晶性半導体基板の上に配されているｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層とを有するものであってもよい。また、光電変換部は、ｎ型ドーパント拡散領域とｐ型ドーパント拡散領域とが表面に露出している半導体基板を有するものであってもよい。
光電変換部は、ｐ型またはｎ型の結晶性半導体基板と、結晶性半導体基板の上に形成されているｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層と、ｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層と結晶性半導体基板との間に配されている、発電に実質的に寄与しない程度の厚みのｉ型非晶質半導体層とを備えるものであってもよい。
また、太陽電池セル１２は、ｐ側電極及びｎ側電極の両方が光電変換部の裏面の上に設けられている所謂裏面接合型の太陽電池セルであってもよい。
ｐ側電極及びｎ側電極のそれぞれの材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。ｐ側電極及びｎ側電極のそれぞれは、例えば、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロムなどの金属や、それらの金属のうちの一種以上を含む合金により構成することができる。また、ｐ側電極及びｎ側電極のそれぞれは、例えば、上記金属や合金からなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。
（充填剤層１３）
樹脂層として充填剤層１３は、透明基板１０とバックシート１１との間に充填されている。この充填剤層１３は、太陽電池セルユニット２を封止するための部材である。このため、充填剤層１３は、封止層と呼ばれることもある。
充填剤層１３は、着色樹脂層１３ａと、着色樹脂層１３ａの上に積層されている透明樹脂層１３ｂとを含む積層体により構成されている。これら着色樹脂層１３ａと透明樹脂層１３ｂとの間の界面に太陽電池セルユニット２が配されている。太陽電池セルユニット２は、太陽電池セル１２の受光面１２ａが透明樹脂層１３ｂ側を向き、裏面１２ｂが着色樹脂層１３ａ側を向くように配されている。
なお、本実施形態では、樹脂層としての充填剤層１３が着色樹脂層１３ａと透明樹脂層１３ｂとからなる積層体により構成されている。但し、本発明においては、樹脂層は、裏面側に位置する着色樹脂層と、受光面側に位置し、着色樹脂層に隣接する透明樹脂層とを有する限りにおいて特に限定されない。樹脂層は、着色樹脂層及び透明樹脂層以外の樹脂層を有していてもよい。また、着色樹脂層及び透明樹脂層のそれぞれが複数の樹脂層により構成されていてもよい。
透明樹脂層１３ｂは、太陽電池セル１２の受光面１２ａと透明基板１０との間に配置されている。ここで、透明樹脂層１３ｂは、太陽電池セル１２における光電変換に使用される波長域の光を透過させる樹脂層である。透明樹脂層１３ｂは、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長域における平均光透過率が８５％以上のものであることが好ましい。
一方、着色樹脂層１３ａは、太陽電池セル１２の裏面１２ｂとバックシート１１との間に配置されている。着色樹脂層１３ａは、例えば、樹脂と、着色剤とを含む樹脂組成物により形成されていてもよい。また、着色樹脂層１３ａは、例えば、白色樹脂などの有色樹脂により構成されていてもよい。
着色剤の具体例としては、例えば、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子などの白色の着色剤、ウルトラマリン等の青色着色剤、カーボンブラック等の黒色着色剤、ガラスビーズや光散乱材などの、着色樹脂層１３ａを乳白色にさせる着色剤等が挙げられる。これらの中でも、白色の酸化チタン粒子が着色剤として好ましく用いられる。白色の酸化チタン粒子を着色樹脂層１３ａに含ませることにより、着色樹脂層１３ａにおいて光が散乱しやすくなり、太陽電池モジュール１の光電変換効率をより高めることができるためである。
本実施形態では、透明樹脂層１３ｂのメルトフローレート（ＭＦＲ）が着色樹脂層１３ａのＭＦＲよりも小さい。すなわち、透明樹脂層１３ｂを構成する樹脂と、着色樹脂層１３ａを構成する樹脂とは、透明樹脂層１３ｂのメルトフローレート（ＭＦＲ）が着色樹脂層１３ａのＭＦＲよりも小さくなるような組み合わせとされている。透明樹脂層１３ｂのメルトフローレート（ＭＦＲ）が着色樹脂層１３ａのＭＦＲよりも０．７ｇ／１０分以上小さいことがより好ましく、１．０ｇ／１０分以上小さいことが好ましい。
具体的には、透明樹脂層１３ｂを構成する樹脂は、例えば、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつであることが好ましい。
エチレン性不飽和シラン化合物としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリカルボキシシランなどがある。
α−オレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブチレン、１−ペンテン、２−メチル−１−ブテンなどがある。
シラン変性樹脂としては、例えば、シラン変性エチレン、シラン変性ウレタン、シラン変性フェノール、シラン変性エポキシなどがある。
一方、着色樹脂層１３ａを構成する樹脂は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつであることが好ましい。
なお、本発明において、「メルトフローレート（ＭＦＲ）とは、熱可塑性樹脂の溶融時の流動性を数値で表したものである。
メルトフローレート（ＭＦＲ）の算出は、以下の方法により行うことができる。すなわち、一定の時間間隔で押し出し物を切り取り、一連の切り取り量を測定し、以下（１）の計算式によりメルトフローレート（ＭＦＲ）を求めることができる。
ＭＦＲ（ｇ／１０分）＝６００×ｍ／ｔ・・・（１）
但し、上記式（１）において、
ＭＦＲ：メルトフローレート（ｇ／１０分）
ｍ：切り取り片の平均質量
ｔ：試料の切り取り時間間隔（秒）
６００：基準時間の秒数（＝１０分）
（太陽電池モジュール１の製造方法）
次に、図３を参照しながら、太陽電池モジュール１の製造方法の一例について説明する。
まず、図３に示すように、透明基板１０の上に、透明樹脂層１３ｂを構成するための透明樹脂シート２２と、太陽電池セルユニット２と、着色樹脂層１３ａを構成するための着色樹脂シート２１と、バックシート１１とをこの順番で積層することにより、積層体３０を形成する（積層体形成工程）。
次に、積層体３０を加熱しながらラミネートすることにより、太陽電池モジュール１を完成させることができる（ラミネート工程）。
本実施形態では、上述のように、透明樹脂層１３ｂのメルトフローレート（ＭＦＲ）が着色樹脂層１３ａのＭＦＲよりも小さい。このため、着色樹脂シート２１として、ラミネート工程において透明樹脂シートよりも低い粘度を有する樹脂シートを用いる。
ところで、積層体をラミネートした場合は、透明樹脂シート及び着色樹脂シートの積層体端部に位置する部分が変形して薄くなる。このため、ラミネート工程においては、透明樹脂シート及び着色樹脂シートの積層体端部に位置する部分の一部が積層体中央に向かって流動する。また、透明基板は、比較的硬質である一方、樹脂シートは、可撓性を有する。このため、樹脂シート側に設けられた着色樹脂シートは、積層体中央側かつ透明基板側に向かって流動しようとする。従って、太陽電池セルユニットの外縁部に位置する太陽電池セルの受光面の上に着色樹脂シートが回り込んでしまう虞がある。
しかしながら、本実施形態では、透明樹脂層１３ｂのＭＦＲが着色樹脂層１３ａのＭＦＲよりも小さく、ラミネート工程において、着色樹脂シート２１の粘度が、透明樹脂シート２２の粘度よりも低い。従って、ラミネート工程において太陽電池セル１２の受光面１２ａの上に回り込もうとする着色樹脂シート２１は、粘度の高い透明樹脂シート２２により弾かれる。その結果、太陽電池セル１２の受光面１２ａの上に着色樹脂シート２１が回り込むことを効果的に抑制することができる。よって、改善された光電変換効率を有する太陽電池モジュール１を製造することができる。
太陽電池セル１２の受光面１２ａの上に着色樹脂シート２１が回り込むことをより効果的に抑制する観点からは、透明樹脂層１３ｂのＭＦＲ（＝透明樹脂シート２２のＭＦＲ）が、着色樹脂層１３ａのＭＦＲ（＝着色樹脂シート２１のＭＦＲ）よりも０．７ｇ／１０分以上小さいことが好ましく、１．０ｇ／１０分以上小さいことがより好ましい。
１…太陽電池モジュール
２…太陽電池セルユニット
３…太陽電池セルストリング
１０…透明基板
１１…バックシート
１２…太陽電池セル
１２ａ…受光面
１２ｂ…裏面
１３…充填剤層
１３ａ…着色樹脂層
１３ｂ…透明樹脂層
１４…配線材
２１…着色樹脂シート
２２…透明樹脂シート
３０…積層体

Claims (7)

  1. 透明基板と、透明樹脂シートと、太陽電池セルユニットと、着色樹脂シートと、バックシートとをこの順番で積層することにより積層体を形成する積層体形成工程と、
    前記積層体を加熱しながらラミネートすることにより、前記透明樹脂シート及び前記着色樹脂シートの、前記積層体の端部に位置する部分が、前記積層体の中央に向かって流動し、前記積層体の端部に位置する部分が薄く変形させるラミネート工程と、を含む太陽電池モジュールの製造方法であって、
    前記太陽電池セルユニットは、互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有し、
    前記透明樹脂シートは、エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含み、
    前記着色樹脂シートを構成する樹脂が前記透明樹脂シートと異なり、前記着色樹脂シートは、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む、太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 前記透明基板は、３ｍｍ〜６ｍｍの厚みを有するガラス板または樹脂板であり、
    前記バックシートは、１５０μｍ〜３００μｍの厚みを有する樹脂シートである、請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 前記ラミネート工程での前記着色樹脂シートの粘度が、前記透明樹脂シートの粘度よりも低い、請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  4. ３ｍｍ〜６ｍｍの厚みを有するガラス板または樹脂板により構成される透明基板と、
    エチレン性不飽和シラン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物とα−オレフィンとの共重合体及びシラン変性樹脂からなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂を含む透明樹脂層と、
    互いに電気的に接続されている複数の太陽電池セルストリングを備え、前記太陽電池セルストリングは配線材によって電気的に接続された複数の太陽電池セルを有する、太陽電池セルユニットと、
    エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアルコール共重合体、アクリル樹脂、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選ばれた少なくともひとつの樹脂と、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子、ウルトラマリン、カーボンブラック、ガラスビーズ及び光拡散材からなる群から選ばれた少なくともひとつの着色剤と、を含み、構成する樹脂が前記透明樹脂層と異なる着色樹脂層と、
    １５０μｍ〜３００μｍの厚みを有する樹脂シートにより構成されるバックシートと、を備え、
    前記透明基板と、前記透明樹脂層と、前記太陽電池セルユニットと、前記着色樹脂層と、前記バックシートとがこの順番で積層される、太陽電池モジュール。
  5. 前記透明樹脂層のＭＦＲが、前記着色樹脂層のＭＦＲより小さい、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  6. 前記透明樹脂層のＭＦＲが、前記着色樹脂層のＭＦＲよりも０．７ｇ／１０分以上小さい、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記透明樹脂層のＭＦＲが、前記着色樹脂層のＭＦＲよりも１．０ｇ／１０分以上小さい、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
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