JP2016226101A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】携帯性と高効率な発電効率を両立させた太陽電池モジュールを提供すること。【解決手段】複数の結晶系発電素子と、複数の発電素子を電気的に接続するフレキシブル基板と、複数の発電素子を個別に保護する第一の透明樹脂と、第一の透明樹脂で覆われた複数の発電素子と、複数の発電素子間を接続するフレキシブル基板と、を覆う第二の透明樹脂と、を備えた太陽電池モジュールを用いる。さらに、第一の透明樹脂の貯蔵弾性率が、第二の透明樹脂の貯蔵弾性率より大きい上記の太陽電池モジュールを用いる。【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。特に、発電効率が高くフレキシブルで耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールに関する。

近年、石油代替エネルギーとして太陽光発電が注目されている。従来の太陽電池モジュールとしては、建物の最上階あるいは屋根、あるいは、地面に定置することを目的にしている。そのため、まず、発電素子を、シート状の充填材で保護する。さらに、発光素子の最外層の一方は、太陽光を透過するガラス、発光素子の他方は、水蒸気あるいは水から保護するためのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムで覆われる（例えば、特許文献１）。

図５は、特許文献１に記載された従来の太陽電池モジュールの断面を示す図である。

図５において、発電素子１０１は、隣接した発電素子１０１と、配線１０２で電気的に接続されている。発電素子１０１は、充填材１０３と充填材１０４とで保護されており、さらに、最外層は、ガラス１０５と保護フィルム１０６で覆われている。

また、最近では、携帯電話やタブレット型電子機器の普及により、外出先でもそれらの機器に充電するための定置用途以外のモバイル型の太陽電池モジュールが使用されつつある。

モバイル型の中でも発電効率を高めた太陽電池モジュールとして、以下のものがある。Ｓｉ単結晶あるいは多結晶の発電素子１０１をシート状の充填材で保護し、最外層の一方は太陽光を透過するガラス、あるいは、ＰＥＴフィルムとする。最外層の他方は、発電素子１０１を水蒸気あるいは水から保護するために、ＰＥＴフィルムやガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させた基板で覆うものがある。

また、モバイル型で携帯性を高めた太陽電池モジュールとして、有機系薄膜やアモルファス薄膜を用いる発電素子１０１もある（例えば、特許文献２）。図６は、特許文献２に記載された従来の発電素子１０７として有機系薄膜を用いた太陽電池モジュールの断面図である。

図６において、発電素子１０７はステンレスあるいは可撓性樹脂フィルム等のフレキシブルな基板１２１上に形成されたアモルファス太陽電池セルである。発電素子１０７は、隣接する発電素子１０７と配線１０８で電気的に接続されており、さらに接着層１０９を介してフィルム１１０とフィルム１１１によって封止されている。フレイシブルな基板１２１上に形成された発電素子１０７を用いるので、太陽電池モジュールを曲げることができる。

実用新案登録番号第２５８３８４１号公報 特開昭６２−２７９６８３号公報

しかしながら、特許文献１の太陽電池モジュール（図５）では、発電素子１０１がシリコン単結晶あるいは多結晶のものなので、移動させて使用する場合、発電素子１０１が破損しやすい。このため、発電素子１０１を覆う保護材が頑強でなければならない。その結果、太陽電池モジュールが分厚くなる。あるいは、太陽電池モジュールは重くなる。結果、太陽電池モジュールは、携帯性に劣ってしまう。

また、特許文献２の発電素子１０１として有機系薄膜を用いたもの（図６）は、太陽電池モジュールをフィルム状にすることが可能なのでフレキシブル性に富む。しかし、発電効率が結晶系の発電素子１０１と比較して低い。このため、モバイル機器の充電用途としては適していない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、結晶系太陽電池モジュールにフレキシブル性を持たすことで、耐衝撃性と持ち運び性に優れ且つ発電効率の高いモバイル向け太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、複数の発電素子と、複数の発電素子間を電気的に接続するフレキシブル基板と、複数の発電素子を個別に保護する第一の透明樹脂と、第一の透明樹脂とフレキシブル基板とを覆う第二の透明樹脂と、を備えた太陽電池モジュールを用いる。

以上のように、本発明の太陽電池モジュールによれば、発電効率が高くフレキシブルで耐衝撃性に優れた太陽電池モジュールを提供することが出来る。

本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの断面図 本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの外観図 本発明の実施の形態１におけるフレキシブル基板で屈曲した際の太陽電池モジュールの外観図 （ａ）〜（ｂ）本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの変形例を示す断面図 特許文献１に記載された従来の太陽電池モジュールの断面を示す図 特許文献２に記載された従来の太陽電池モジュールの断面を示す図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールの断面図である。図１において、図５、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１において、発電素子１１２同士は、フレキシブル基板１１３により、電気的に接続されている。発電素子１１２とフレキシブル基板１１３は半田またはＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）で接合されている。フレキシブル基板１１３は、柔軟な樹脂シートである。樹脂シートは、その表面に、発電素子１１２間を接続する配線が設けられている。

第一の透明エポキシ樹脂１１４で発電素子１１２の表層を覆っている。第二の透明エポキシ樹脂１１５は、第一の透明エポキシ樹脂１１４の表層を覆っている。

＜第一の透明エポキシ樹脂１１４および第二の透明エポキシ樹脂１１５＞
第一の透明エポキシ樹脂１１４および第二の透明エポキシ樹脂１１５は、特に、透明性と耐クラック性の観点からエポキシ樹脂であることが好ましい。透明性と耐クラック性に優れればエポキシ樹脂以外でもよい。

エポキシ樹脂の主剤としては、１分子中に１個以上のグリシジル基を有する化合物であれば特に限定されるものではない。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、これらの水素添加型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ化合物等のノボラック型エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物、異節環状型エポキシ化合物、多官能性エポキシ化合物、グリシジルエーテル型エポキシ化合物、グリシジルエステル型エポキシ化合物、臭素化エポキシ化合物等のハロゲン化エポキシ化合物、ゴム変成エポキシ化合物、ウレタン変成エポキシ化合物、エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、エポキシ基含有ポリエステル化合物、エポキシ基含有ポリウレタン化合物、エポキシ基含有アクリル化合物等を用いることが好ましく、また、これらを２種類以上組み合わせても良い。

＜硬化剤＞
エポキシ樹脂の硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応可能なものであれば特に限定されるものではない。例えば、太陽光を透過するという観点から比較的着色の少ないものが好ましい。例えば、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸等の酸無水物、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾールシン等とホルムアルデヒドとを縮合反応して得られるノボラック型フェノール樹脂、液状ポリメルカプタンやポリサルファイド樹脂等のポリメルカプタン系硬化剤を用いることができる。

また、上記のもの以外にアミン系硬化剤やＵＶ硬化である光重合開始剤を用いてもよいが、硬化時の変色が大きいため使用時は添加量等に注意を要する。これらの硬化剤は単独で使用しても良いし、２種以上を併用してもよい。

＜他の成分＞
尚、本実施の形態の第一の透明エポキシ樹脂１１４および第二の透明エポキシ樹脂１１５は、上記した構成以外に、変色防止剤、劣化防止剤、染料、シリカ等の無機充填剤、シラン系カップリング剤、変性剤、可塑剤、希釈剤等を必要に応じて含有してもよい。

＜第一の透明エポキシ樹脂１１４＞
第一の透明エポキシ樹脂１１４の厚みは、０．２ｍｍ以上必要である。発電素子１１２に第一の透明エポキシ樹脂１１４を様々な厚みで塗布・硬化し高温高湿（ＤＨ Ｄａｍｐ Ｈｅａｔ）試験（８５℃８５％ＲＨ）１０００Ｈを実施した。合格した試料を、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光観察をした。ＥＬ発光観察した際に画像上で黒く見える不良箇所の断面観察を実施した。不良箇所での第一の透明エポキシ樹脂１１４の厚みは、いずれも０．２ｍｍより薄かった。このことから実用上の信頼性を確保するために第一の透明エポキシ樹脂１１４の厚みは０．２ｍｍ以上あればよいことがわかった。

第一の透明エポキシ樹脂１１４の硬化物の動的粘弾性測定（ＥＸＳＴＡＲ６０００シリーズ、ＳＩＩ社製）による使用環境温度１０〜３０℃の貯蔵弾性率は、１×１０^９Ｐａ以上必要である。使用環境温度１０〜３０℃の貯蔵弾性率が、１×１０^９Ｐａより小さい場合、第一の透明エポキシ樹脂１１４が発電素子１１２を保護する効果が小さく耐クラック性が悪い。

なお、第一の透明エポキシ樹脂１１４は、発電素子１１２を完全に、全表面を覆っている方が好ましい。

＜第二の透明エポキシ樹脂１１５＞
太陽電池モジュールの厚みとして５ｍｍ以下である方が携帯性に優れる。そのため、発電素子１１２と第一の透明エポキシ樹脂１１４を合わせた厚みが１ｍｍだとした場合、第二の透明エポキシ樹脂１１５の厚みは上部と下部の両方の厚みの合計が４ｍｍ以下であることが好ましい。

＜第一の透明エポキシ樹脂１１４および第二の透明エポキシ樹脂１１５との関係＞
第一の透明エポキシ樹脂１１４の貯蔵弾性率Ｅ’１と、第二の透明エポキシ樹脂１１５の貯蔵弾性率Ｅ’２とした場合、太陽電池モジュールがフレキシブル性を発揮するためには、それぞれが１ＧＰａ以下であり、且つ以下式１が必要である。

Ｅ’１＞Ｅ’２・・・・（式１）
また、貯蔵弾性率Ｅ’１、貯蔵弾性率Ｅ’２との差異は５００ＭＰａ以上が好ましい。貯蔵弾性率Ｅ’１、貯蔵弾性率Ｅ’２との差異が５００ＭＰａより小さいと太陽電池モジュールの屈曲性が悪くなり、携帯性が劣る。

これにより第一の透明エポキシ樹脂１１４と第二の透明エポキシ樹脂１１５が層状になった箇所より、第二の透明エポキシ樹脂１１５のみで構成された箇所（フレキシブル基板１１３の周辺）の方が、モジュール全体でみた際の貯蔵弾性率が低くなる。

この結果、フレキシブル基板１１３の周辺が、屈曲部となり、本実施の形態の太陽電池モジュールにフレキシブル性を付与することが可能である。

＜凹部１２０＞
さらに、第二の透明エポキシ樹脂１１５は、主に、フレキシブル基板１１３の一方の面のみに配置される（図１）。フレキシブル基板１１３の他方面には、第二の透明エポキシ樹脂１１５が設けられていない。この部分は、凹部１２０となっている。この凹部１２０のところで曲げることができる。なお、フレキシブル基板１１３の他方の面に、第二の透明エポキシ樹脂１１５を薄く設けてもよい。凹部１２０のところで曲げることができる程度に、第二の透明エポキシ樹脂１１５を薄く設けてもよい。

凹部１２０は、溝状であり、発電素子１１２間に沿って設けられる（図３）。

これにより本発明の太陽電池モジュールは、屈曲性を持ち優れたフレキシブル性を発揮することが可能である。図３に当該太陽電池モジュールをフレキシブル基板１１３部で屈曲した際の太陽電池モジュールの外観図を示す。図３のようにフレキシブル基板１１３のところ、凹部１２０ａ、凹部１２０ｂ、凹部１２０ｃを内側の向きに屈曲させることで当該太陽電池モジュールのみで自立が可能である。

例えば室内においても窓際に立てて使用することで十分な発電効率を発揮することが可能である。

また、凹部１２０ａ、凹部１２０ｂ、凹部１２０ｃのうち、内側の凹部１２０ｂを、外側の凹部１２０ａ、凹部１２０ｃより大きくするのがよい。内側ほどより曲がる必要がある。

凹部１２０ａ、凹部１２０ｂ、凹部１２０ｃは、図３で上下方向であるが、発電素子１１２が、上下方向で複数存在する場合には、水平方向に凹部を設けることができる。この時、太陽電池モジュールは、上下方向で曲げることができる。

フレキシブル基板１１３の一方の面のみに構成される第二の透明エポキシ樹脂１１５の表層には、反射板１１６が配置される。この部分では、凹部１２０からの太陽光が入り込み、反射板１１６し、発電素子１１２へ太陽光を供給し、発電効率を上げる。

これにより発電素子１１２が受ける太陽光が増大し、発電効率を高めることできる。反射板１１６によりフレキシブル基板１１３が正面視から隠され、デザイン性も向上する。

＜反射板１１６＞
反射板１１６は、発電素子１１２同士の間の第二の透明エポキシ樹脂１１５の表層に存在する（図１，図２）。反射板１１６の凹部１２０側の面は、白色であることが好ましい。第二の透明エポキシ樹脂１１５からの光を反射し、発電素子１１２へ光を導くためである。
反射板１１６の表層側の色は何色でも良いが、デザイン上、発電素子１１２と同色の黒色であることが好ましい。反射板１１６は、第二の透明エポキシ樹脂１１５の内部にあっても良いが、第二の透明エポキシ樹脂１１５の表層に設ける方が、工程が少なくなり好ましい。

また、反射板１１６の素材としてはＰＥＴ、ＰＰ、ＰＥ、ＥＶＡなどの一般的なフィルムを使用することが可能であり、また、これらを２種類以上組み合わせても良い。

＜発電素子１１２＞
発電素子１１２は、シリコン単結晶あるいはシリコン多結晶のものを使用してもよい。結晶シリコンとアモルファスシリコンを積層したＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＩｎｔｒｉｎＳｉｃ Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ、パナソニック株式会社の商標）太陽電池を使用することが望ましい。ＨＩＴ太陽電池であれば裏面からの太陽光により発電可能で発電効率が高いことから実施の形態の太陽電池モジュールをより高出力にすることが可能でより携帯性に優れる。

＜変形例＞
図４（ａ）は、実施の形態１における太陽電池モジュールの変形例を示す断面図である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の太陽電池モジュールを曲げた状態を示す断面図である。

この太陽電池モジュールは、上記と異なり、（１）反射板１１６の側に凹部１２５がある。（２）凹部１２０のフレキシブル基板１１３が、Ｒ形状で丸みを帯びている。フレキシブル基板１１３は、角ばって折れていない。（３）凹部１２０の周辺の第二の透明エポキシ樹脂１１５にテーパ部１２６がある。他の事項は、上記と同様である。

この相違点により、この太陽電池モジュールは、図４（ｂ）に示すように、曲がりやすい。曲がる時に、太陽電池モジュールに影響が少ない。

つまり、（１）凹部１２５により、太陽電池モジュールが曲がる時、反射板１１６に影響なく、凹部１２５が変形する。

（２）フレキシブル基板１１３が、Ｒ形状で丸みを帯びていることで、フレキシブル基板１１３の変形が少ない。結果、発電素子１１２間の電気的接続が安定である。さらに、フレキシブル基板１１３が、角ばっていないので、第二の透明エポキシ樹脂１１５に損傷など与えない。

（３）テーパ部１２６があることで、太陽電池モジュールが曲がる時に、発電素子１１２同士の第二の透明エポキシ樹脂１１５が干渉しない。太陽電池モジュールの曲がる範囲が大きくなる。

＜効果＞
かかる構成によれば複数の結晶系発電素子と、発電素子を電気的に接続するフレキシブル基板と、その発電素子を個別に保護する透明なエポキシ樹脂と、透明エポキシ樹脂で覆われた発電素子と発電素子同士を接続するフレキシブル基板を保護するための透明なエポキシ樹脂を備えることにより、フレキシブルで携帯性に優れ、高効率な太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の太陽電池モジュールは、フレキシブルで携帯性に優れ、高効率な太陽電池モジュールを提供することができるので、外出時のポータブル機器充電への利用や災害等の緊急時の非常用電源等の用途にも適用できる。

１０１ 発電素子
１０２ 配線
１０３ 充填材
１０４ 充填材
１０５ ガラス
１０６ 保護フィルム
１０７ 発電素子
１０８ 配線
１０９ 接着層
１１０ フィルム
１１１ フィルム
１１２ 発電素子
１１３ フレキシブル基板
１１４ 第一の透明エポキシ樹脂
１１５ 第二の透明エポキシ樹脂
１１６ 反射板
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ 凹部
１２１ 基板
１２５ 凹部

Claims (11)

1. 複数の発電素子と、
   前記複数の発電素子間を電気的に接続するフレキシブル基板と、
   前記複数の発電素子を個別に保護する第一の透明樹脂と、
   前記第一の透明樹脂と前記フレキシブル基板とを覆う第二の透明樹脂と、
   を備えた太陽電池モジュール。
2. 前記複数の発電素子間に、凹部が位置する請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記凹部の底部に、前記フレキシブル基板が位置する請求項２記載の太陽電池モジュール。
4. 前記複数の発電素子間には、反射板が位置する請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記反射板と前記凹部との間には、前記第二の透明樹脂の一部が位置する請求項４に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記第一の透明樹脂の貯蔵弾性率は、前記第二の透明樹脂の貯蔵弾性率より大きい請求項１から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記第一の透明樹脂の貯蔵弾性率と、前記第二の透明樹脂の貯蔵弾性率との差が、５００ＭＰａ以上である請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記第一の透明樹脂の貯蔵弾性率が１×１０^９Ｐａ以上である請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記フレキシブル基板の一方面は、前記第二の透明樹脂で覆われ、
   前記フレキシブル基板の他方面は、前記第二の透明樹脂で覆われない、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記凹部が変形することで曲がる請求項２から９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記第一の透明樹脂と前記第二の透明樹脂とはエポキシ樹脂である請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
    
    

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