JP2018125369A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い耐湿性と耐絶縁性を維持しながら、低コストの太陽電池モジュール及び製造方法を提供する。
【解決手段】バックシート１７よりも縦横の長さがともに短い金属箔シート１５を、第一の接着層１４１、第二の接着層１４２を介してそれぞれ、配線シート１３２、バックシートに接着させた太陽電池モジュール１の構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。

太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点からエネルギー源としての期待が急速に高まっている。太陽電池は、化石燃料を代替する最も有望な代替エネルギー源の1つである。

一般的に太陽電池モジュールは、電気的に接続された太陽電池セルを透光性絶縁基板とバックシートとの間に封止材で封入することで形成される。透光性絶縁基板としてはガラス基板が多く用いられ、バックシートとしては耐環境性を向上させるため複数層から構成される樹脂シートが用いられている。また、封止材としてはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂やオレフィン系樹脂が広く用いられている。

特許文献１に、複数の光電変換素子（本明細書における太陽電池セル）を配線シートに形成された配線によって電気的に接続した太陽電池モジュールの一例が開示されている。受光面側から、透明受光面基板、封止材、光電変換素子を載置した配線シート、バックシートが配置されており、バックシートは配線シートの裏面側に接着層を介して接着されている。このような構成とすることにより、封止材を薄くすることが可能となり、太陽電池モジュール本体の側面の防湿性を向上させることが可能となる。さらに、バックシートの例として、アルミニウム箔の両面をＰＥＴ樹脂などでラミネートしたものが開示されている。このような構造とすることにより、太陽電池モジュール本体の裏面側の防湿性を向上させることが可能となることが知られている。

特許文献２に、プラスチックフィルムの片面に金属箔を貼り合わせたシートを所定のパターンに断裁し、該断裁シートの表裏前面にプラスチックフィルムを貼り合わせてからさらに上記パターンとは異なるパターンに打ち抜く太陽電池バックシートの製造方法について開示されている。このような製造方法を用いることにより、金属箔の端面が延設された両面のプラスチックフィルムによって封止された太陽電池パックシートを形成することが可能となり、シート端部の金属の露出による短絡等の障害を防止することが可能となることが開示されている。

特開２０１５−１７７１６９号公報 特開２０１０−２７７１４号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたバックシートの場合、構造、製造方法が複雑になるため、バックシートのコストがアップするという問題があった。

太陽電池モジュールをより広く普及させるためにも、同じ機能を有しながら低コスト化が可能となる構造、製造方法が求められている。

本発明に係る太陽電池モジュールは、透光性絶縁基板と、封止材と、複数の裏面電極型太陽電池セルを配線シートに形成された配線によって電気的に接続した太陽電池ストリングと、バックシートとを有する太陽電池モジュールであって、太陽電池ストリングと前記バックシートとの間に金属箔シートを有し、配線シートと金属箔シートとは第一の接着層を介して接着され、金属箔シートとバックシートとは第二の接着層を介して接着され、透光性絶縁基板の周縁部とバックシートの周縁部とは封止材を介して接着されていることを特徴とする。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、透光性絶縁基板、封止材、太陽電池ストリング、受光面側及び裏面側に接着層が配置された金属箔シート、バックシートとをこの順に載置する工程と、
加熱加圧する工程とを有することを特徴とする。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、透光性絶縁基板、封止材、太陽電池ストリング、受光面側に接着層が形成された金属箔シート、受光面側に接着層が形成されたバックシートとをこの順に載置する工程と、加熱加圧する工程とを有することを特徴とする。

上記の手段を用いることにより、高い防湿性を保持しながら、短絡のしにくい太陽電池モジュール及び製造方法を低コストで提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態を表す図であって、太陽電池モジュールの断面構成図である。 本発明の第１の実施形態を表す図であって、太陽電池モジュール本体の構成部材の断面模式図である。 比較例を表す図であって、太陽電池モジュールの断面模式図である。 本発明の第１の実施形態を表す図であって、太陽電池モジュール本体を裏面側からみた模式図である。 本発明の第２の実施形態を表す図であって、太陽電池モジュール本体の構成部材の断面模式図である。 本発明の第３の実施形態を表す図であって、太陽電池モジュール本体の構成部材の断面模式図である。 本発明の第４の実施形態を表す図であって、太陽電池モジュール本体の構成部材の断面模式図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面図である。太陽電池モジュール本体１０の周縁部に、緩衝材１９と枠１８とを配置したものである。

図２は、太陽電池モジュール本体１０の構成部材を示す断面図である。太陽電池モジュール本体１０は、受光面側から透光性絶縁基板１１、封止材１２、裏面電極型太陽電池セル１３１と配線シート１３２とから構成される太陽電池ストリング１３、第一の接着層１４１と金属箔シート１５と第二の接着層１４２とから構成される接着層付金属箔シート１６、バックシート１７とからなる。各構成部材を真空引きしながら加熱加圧することにより、太陽電池モジュール本体１０を形成する。

透光性絶縁基板１１としてガラス基板を用い、封止材１２として厚さ約４００μｍのＥ
ＶＡからなる樹脂シートを用いた。ＥＶＡではなくオレフィン系樹脂などの樹脂シートを用いても良く、複数枚重ねても良い。

太陽電池ストリング１３は、複数の裏面電極型太陽電池セル１３１を配線シート１３２上の配線により電気的に接続したものである。裏面電極型太陽電池セル１３１は、シリコン基板の受光面と反対側の面にｎ電極およびｐ電極を配置した光電変換素子である。配線シート１３２はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂シート上に銅箔をパターニングした配線を配置したものである。裏面電極型太陽電池セル１３１のｎ電極およびｐ電極は、配線シート１３の銅配線とはんだなどで電気的に接続される。

接着層付金属箔シート１６は、金属箔シート１５の両面に接着層を６０〜２００μｍ程度塗布することにより形成した接着層を配置したシートである。接着層を他の接着剤を用いて貼り合わせてもよい。金属箔シート１５の受光面側に第一の接着層１４１を配置し、裏面側に第二の接着層１４２を配置した。第一の接着層１４１及び第二の接着層１４２はオレフィン系接着剤を主成分とする。オレフィン系接着剤は、ＥＶＡと比較して化学的安定性および防湿性に優れているという特徴を有する。他にエポキシ系、ウレタン系、アクリル系樹脂などを用いることができる。第一の接着層１４１と第二の接着層１４２は同じ材料を用いても良く、別の材料を用いても良い。オレフィン系、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系の何れかの接着剤を主成分とすることにより、常温では接着せず、加熱加圧工程において接着することができる。よって、太陽電池モジュールの製造工程における一般的なプロセスをそのまま用いることが可能となる。また、常温では接着しないので、接着層付金属箔シートを積層、又はロール状にまくことで保管することができるという利点も有する。

第一の接着層１４１及び第二の接着層１４２の厚みは１００μｍから２００μｍが好ましい。太陽電池ストリング１３を構成する配線シート１３２の裏面側は滑らかな平面であるため、接着層の厚さが６０〜２００μｍ程度であっても隙間を生じることなく、十分な接着強度を得ることが可能となる。

また、接着層は接着する材料により接着力が低い場合もある為、接着層と接着する部材に合わせてプライマー層を形成しておくことが望ましい。金属箔シート１５としてはアルミニュウム、銅、ニッケルやその合金等を用いることができるが、水蒸気透過率の最も低いアルミニュウムが望ましい。

バックシート１７は、耐候性ＰＥＴ樹脂からなるシートである。接着層付金属箔シート１６及びバックシート１７は平面視略長方形である。接着層付金属箔シート１６は、縦横の長さともにバックシート１７の縦横の長さよりも短い。より具体的には、接着層付金属箔シート１６とバックシート１７とを載置した場合に、バックシート１７の端部よりも接着層付金属箔シート１６の端部の方が約５〜１０ｍｍ内側になることを特徴としている。このような構造とすることにより、接着層付金属箔シート１６と金属からなる枠１８とが電気的に接触しないことになる。また、バックシート上に接着層、金属箔シート、接着層と積層していくのではなく、バックシート１７に接着層付金属箔シート１６とを配置するため、作業工程を少なくすることが可能となる。

図３に、比較例として、従来技術として説明した特許文献２に開示の金属箔がでないように端面処理した太陽電池バックシートを用いた場合の断面図を示す。バックシート１０１０は、基材となるプラスチックフィルム１００１の片面に金属箔１００２を接着剤１００３で貼り合わせたシートを所定のパターンに断裁し、該断裁シートの表裏全面にプラスチックフィルム１００４、１００５を接着剤１００６、１００７で貼り合わせてからさらに上記パターンとは異なるパターンに打ち抜くことにより形成されたものである。バック
シート１０１０は、接着剤も含めると7層構造となる。また、複数の裏面電極型太陽電池
セル１０１３を配線シート１０１４上の配線によって接続した太陽電池ストリング１０１２を封止するためには、裏面側の封止材１０１１も必要となる。すなわち、比較例は、太陽電池ストリングの裏面側に８層あることとなる。図１を用いて説明した本実施形態の構造であれば、太陽電池ストリングの裏面側は４層であり、比較例と比べて、半分の構成部材で同等の機能を得ることが可能となる。

太陽電池モジュール１に耐圧試験として、枠１８と出力端子間に６０００Ｖの高電圧を５秒間印加したところ、基準値である５０μＡ以上の電流は流れず、絶縁不良と判定されなかった。十分に高い絶縁性能が得られていることがわかる。

これは、接着層付金属箔シート１６の縦横ともに、バックシート１７よりも短くすることにより、太陽電池モジュール本体１０の側面に金属箔シート１５が露出することを安定的に防ぐことができたためと考えらえる。より詳しくは、金属箔シート１５が枠１８と接触することはなく、配線シート１３２上の配線部分と金属箔シート１１との間がコンデンサになるため電荷が蓄積されてしまうという現象は発生しなかったためと考えられる。

図４は、本実施形態の太陽電池モジュールを示す裏面側からみた平面図である。バックシートは省略している。配線シート１３２の受光面側に並べられた裏面電極型太陽電池セル１３１は、配線シート１３１の受光面側に形成された銅配線によって、隣設する裏面電極型太陽電池セルと電気的に直列接続されている。また、太陽電池ストリング１３の周縁部において、銅などの金属をリボン状に形成したバスバー１０１が配線シート１３２の受光面側に配置されており、バスバー１０１は裏面電極型太陽電池セル１３１の接続方向を１８０度回転させる機能を有する。

太陽電池ストリングの正極側及び負極側の両端のバスバーには、リード線１０２が接続されている。リード線１０２は、配線シート１３２に設けられた開口部１０３を通って、配線シート１３２の裏面側に導かれる。

配線シート１３２の裏面側に樹脂シート１０４、ＰＥＴフィルム１０５がこの順に配置されている。配線シート１３２の裏面側に導かれたリード線１０２は、接着層付金属箔シート１６、樹脂シート１０４、ＰＥＴフィルム１０５、バックシートに設けられた開口部を通って、太陽電池モジュールの裏面側に配置された端子ボックスに接続される。バックシート、端子ボックスについては、図中の記載を省略している。

樹脂シート１０４は１４０ｍｎ×１１０ｍｍの略矩形であって、厚さは約５６０μｍである。ＰＥＴフィルム１０５は１２０ｍｎ×８０ｍｍの略矩形であって、厚さは約５００μｍである。樹脂シート１０４は、加温加圧を行うラミネート工程において、リード線の厚さによって生じる段差によって、局所的に裏面電極型太陽電池セルに圧力がかかり破損することを防ぐという機能を有する。

受光面側から太陽電池モジュールを目視した際に、開口部から構成部材が目立たないようにＰＥＴフィルム１０５はバックシートと同じ色であることが望ましい。ＰＥＴフィルム１０５に変えて、バックシートと同じ色調に着色した樹脂シートを使用してもよい。また、樹脂シート１０４そのものをバックシートと同じ色調に着色しておけば、ＰＥＴフィルム１０５を用いなくてもよい。

尚、本実施形態においては、バックシートだけでなく、接着層付金属箔シートにもリード線引き出し用の開口部を設ける必要がある。バックシートと接着層付金属箔シートを配置する際の作業精度を考慮すると、一方の開口部の直径を他方の開口部の直径よりも１ｍ
ｍ程度、大きくしておくことが望ましい。このようにすることにより、配置位置がずれた場合にもリード線を引きだすことができる。太陽電池モジュールの防湿性を考慮すると、バックシートの開口部を接着層付金属箔シートの開口部よりも大きくすることが望ましい。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態である太陽電池モジュール本体２０の構成を示す断面図である。実施の形態１と異なる点は、接着層を配置した部材である。太陽電池モジュール本体２０は、受光面側から透光性絶縁基板２１、封止材２２、裏面電極型太陽電池セル２３１と配線シート２３２から構成される太陽電池ストリング２３、金属箔シート２５、バックシート２７とからなる。太陽電池ストリング２３の裏面側には、受光面側接着層２４１が配置されており、バックシート２７の受光面側には裏面側接着層２４２が配置されている。このような構成部材の配置により、金属箔シート２５の受光面側及び裏面側は接着層と接することになる。受光面側接着層２４１及び裏面側接着層２４２の厚さは６０〜２００μｍ程度が望ましく、より望ましくは１００μｍ〜２００μｍである。

図５を用いて説明した各構成部材を真空引きしながら加熱加圧することにより、太陽電池モジュール本体２０を形成する。太陽電池モジュール本体２０の周縁部に、緩衝材と枠とを配置することにより、実施の形態１において図２を用いて説明したものと同様の太陽電池モジュールを得ることができる。

第１の実施形態では金属箔シートの両面に接着剤を配置した接着層付金属箔シートを用いたが、本実施形態では配線シート２３２とバックシート２７の片面に、それぞれ第一の接着層２４１、第二の接着層２４２が形成されている。バックシート２７は、厚さ約５〜２０μｍの金属箔シートよりも厚いので、接着層の形成プロセスが容易になるという利点がある。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態である太陽電池モジュール本体３０の構成を示す断面図である。実施の形態１と異なる点は、接着層を配置した部材である。
太陽電池モジュール本体３０は、受光面側から透光性絶縁基板３１、封止材３２、裏面電極型太陽電池セル３３１と配線シート３３２から構成される太陽電池ストリング３３、裏面側接着層３４２と金属箔シート３５とからなる接着層付金属箔シート、バックシート３７とからなる。太陽電池ストリング３３の裏面側には、受光面側接着層３４１が配置されている。このような構成部材の配置により、金属箔シート３５の受光面側及び裏面側は接着層と接することになる。

図６を用いて説明した各構成部材を真空引きしながら加熱加圧することにより、太陽電池モジュール本体３０を形成する。太陽電池モジュール本体３０の周縁部に、緩衝材と枠とを配置することにより、実施の形態１において図２を用いて説明したものと同様の太陽電池モジュールを得ることができる。

第１の実施形態では金属箔シートの両面に接着剤を配置した接着層付金属箔シートを用いたが、本実施形態では配線シート３３２と金属箔シート３５の片面に、それぞれ第一の接着層３４１、第二の接着層３４２が形成されている。両面ではなく片面のみの接着層配置となるため、接着層の形成プロセスが容易になるという利点がある。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態である太陽電池モジュールの構成４０を示す断面図である。実施の形態１と異なる点は、接着層を配置した部材である。太陽電池モジュール本
体４０は、受光面側から透光性絶縁基板４１、封止材４２、裏面電極型太陽電池セル４３１と配線シート４３２から構成される太陽電池ストリング４３、受面側接着層４４１と金属箔シート４５とからなる接着層付金属箔シート、裏面側接着層４４３が形成されたバックシート４７とからなる。このような構成部材の配置により、金属箔シート４５の受光面側及び裏面側は接着層と接することになる。

図７を用いて説明した各構成部材を真空引きしながら加熱加圧することにより、太陽電池モジュール本体４０を形成する。太陽電池モジュール本体４０の周縁部に、緩衝材と枠とを配置することにより、実施の形態１において図２を用いて説明したものと同様の太陽電池モジュールを得ることができる。

第２の実施形態および第３の実施形態では、配線シートの裏面に接着層を配置した部材を使用したが、本実施形態では配線シートには接着層を形成していない。配線シートの裏面に接着層を配置する場合、製造工程としては、配線シートの配線パターンを形成した後に接着層を形成することになる。接着層の製造工程において、配線パターン形成面に異物が付着する可能性がある。配線パターンに異物が付着すると短絡等の原因となるが、本実施形態で説明した部材を用いれば、異物付着の可能性が非常に低くなる。

以上、第１の実施形態から第４の実施形態について具体的に説明を行ったが、本発明はそれらに限定されるものではない。上述した４つの実施形態それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 太陽電池モジュール
１０、２０、３０、４０ 太陽電池モジュール本体
１１、２１、３１、４１ 透光性絶縁基板
１２、２２、３２、４２ 封止材
１３、２３、３３、４３ 太陽電池ストリング
１３１、２３１、３３１、４３１ 裏面電極型太陽電池セル
１３２、２３２、３３２．４３２ 配線シート
１４１、２４１、３４１、４４１ 第一の接着層
１４２、２４２、３４２、４４２ 第二の接着層
１５、２５、３５、４５ 金属箔シート
１６ 接着層付金属箔シート
１７、２７、３７、４７ バックシート
１８ 枠
１９ 緩衝材
１０１ バスバー
１０２ リード線
１０３ 開口部
１０４ 樹脂シート
１０５ ＰＥＴフィルム

Claims (5)

1. 透光性絶縁基板と、封止材と、複数の裏面電極型太陽電池セルを配線シートに形成された配線によって電気的に接続した太陽電池ストリングと、バックシートとを有する太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池ストリングと前記バックシートとの間に金属箔シートを有し、
   前記配線シートと前記金属箔シートとは第一の接着層を介して接着され、
   前記金属箔シートと前記バックシートとは第二の接着層を介して接着され、
   前記透光性絶縁基板の周縁部と前記バックシートの周縁部とは前記封止材を介して接着されている太陽電池モジュール。
2. 前記第一の接着層及び前記第二の接着層は、オレフィン系、エポキシ系、ウレタン系、又はアクリル系のいずれかの接着剤を主成分とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記バックシートの裏面側に端子ボックスを配置しており、
   前記配線シートの配線と端子ボックスとはリード線を介して電気的に接続されており、
   前記金属箔シート及び前記バックシートに前記リード線が通る開口部が設けられている請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 透光性絶縁基板、封止材、太陽電池ストリング、受光面側及び裏面側に接着層が配置された金属箔シート、バックシートとをこの順に載置する工程と、
   加熱加圧する工程とを有する太陽電池モジュールの製造方法。
5. 透光性絶縁基板、封止材、太陽電池ストリング、受光面側に接着層が形成された金属箔シート、受光面側に接着層が形成されたバックシートとをこの順に載置する工程と、
   加熱加圧する工程とを有する太陽電池モジュールの製造方法。
   
   

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