JP2023083154A - Solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to solar cell modules.
近年、フレキシブルセンサーの発展とともに、体調管理可能なウエアラブルデバイスが注目を集めている。ウエアラブルデバイスは、スポーツ科学やヘルスケアの分野において、洋服に内蔵するものや皮膚に直接貼り付けるものなど、体の特定部位の測定及びモニタリングが想定されたもので、幅広い用途での応用が期待されている。人の肌は、日常、伸び縮みを繰り返しているので、ウエアラブルデバイスにストレスのない装着性を求める場合、ウエアラブルデバイスは、装着対象物に対応して伸縮性を有することが望ましい。また、ウエアラブルデバイスは、その取り扱いや人の動きを想定し、その折り曲げ時や捲回時に発生する応力に対して、一定以上の強度を有することが望ましい。このような特性を有するデバイスを、本明細書においては、その用途をウエアラブルデバイスに限らず、伸縮性デバイスと称する。 In recent years, along with the development of flexible sensors, wearable devices that can manage physical condition are attracting attention. Wearable devices are expected to be used in a wide range of applications in the fields of sports science and healthcare, as they are intended for measurement and monitoring of specific parts of the body, such as those embedded in clothes or attached directly to the skin. ing. Since human skin repeatedly stretches and contracts on a daily basis, the wearable device desirably has elasticity corresponding to the wearable object when stress-free wearability is desired for the wearable device. In addition, it is desirable that the wearable device has a certain level of strength or more against the stress generated when the device is folded or wound, assuming handling and human movement. A device having such properties is referred to herein as a stretchable device, not limited to its use as a wearable device.
フレキシブルセンサーなどは十分に薄くしない限り、曲げた際に垂直方向中心部分を除き応力が掛かり、センサー部分などが壊れやすくなる問題がある。また、サランラップ(登録商標)など伸縮性を持つカバーシートに貼るセンサーも、センサー貼り付け後にカバ-シートを伸ばすためにそれと同等の伸縮性を持つことが望ましく、伸縮性、強度の差異があった場合はその部分で剥がれる可能性がある。伸縮性に対応したセンサーにするためには、センサー自体を伸縮性にするか、もしくは応力が掛かりにくいようにセンサーを小型、薄型化し、その間を伸縮材料が埋まる構造で、伸縮に対応した材料により接合できることが好ましい。 Unless the flexible sensor is made sufficiently thin, there is a problem that when it is bent, stress is applied to it except for the vertical center part, and the sensor part becomes fragile. In addition, it is desirable that the sensor to be attached to a stretchable cover sheet such as Saran Wrap (registered trademark) has the same stretchability as the cover sheet after the sensor is pasted, so there was a difference in stretchability and strength. There is a possibility that it will peel off at that part. In order to make the sensor compatible with stretchability, the sensor itself must be made stretchable, or the sensor must be made smaller and thinner so that stress is less likely to be applied, and the space between the sensors can be filled with stretchable material. It is preferable to be able to join.
このような伸縮性センサーを駆動させるための安全な電源が必要とされている。電源に関しても同様にして、伸縮性に対応していることが望ましい。そのためにセル自体を伸縮性に対応したものにするか、小型、薄型化したセルを伸縮性シートに接合する方法かで作製することが適当であると考えられる。セル自体が伸縮性に対応した太陽電池として有機太陽電池(例えば、特許文献1、2参照)が知られ、小型、薄型化に対応できるものとして薄型化太陽電池が知られている(例えば、特許文献3参照)。 A safe power source is needed to drive such stretchable sensors. As for the power source, it is desirable that the power supply is similarly flexible. For this reason, it is considered appropriate to make the cells themselves stretchable or to join small and thin cells to the stretchable sheet. Organic solar cells (see, for example, Patent Documents 1 and 2) are known as solar cells in which the cells themselves are compatible with elasticity, and thin solar cells are known as those that can be made smaller and thinner (for example, see Patent Documents 1 and 2). Reference 3).
特許文献1、2には、有機太陽電池用基板としてポリイミドを含む基板が記載されている。 Patent Documents 1 and 2 describe substrates containing polyimide as substrates for organic solar cells.
一般的に薄膜太陽電池は、フレキシブル性は有するが、十分な屈曲性、伸縮性を有していない。厚みの異なる基板、センサーなどに接合させた場合、基板の厚みの影響で垂直方向、中心部分から離れた箇所では応力が掛かり、フレキシブル性だけでは、応力を逃がすのに十分な屈曲性、伸縮性は持っていない。服、人の肌、動物の肌、パッケージング分野のエレクトロニクスにおいて、安全な電源にするには十分に軽量な太陽電池が伸縮性基板に取り付けられたものが一つの解決策になると考えられる。 In general, thin-film solar cells have flexibility, but do not have sufficient bendability and stretchability. When bonded to substrates, sensors, etc. with different thicknesses, stress is applied in the vertical direction and at locations away from the center due to the influence of the thickness of the substrate. does not have One solution could be solar cells attached to stretchable substrates that are light enough to be a safe power source for electronics in clothing, human skin, animal skin, and packaging.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、伸縮性が高く、屈曲性を有する太陽電池モジュールを提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a solar cell module having high stretchability and flexibility.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
本発明の第1態様に係る太陽電池モジュールは、伸縮性樹脂基材と、前記伸縮性樹脂基材上に、伸び率が1%以下の複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルを電気的に接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極と、を備える。 A solar cell module according to a first aspect of the present invention comprises a stretchable resin substrate, a plurality of solar cells having an elongation rate of 1% or less on the stretchable resin substrate, and the plurality of solar cells. stretchable electrodes formed in a pattern for electrical connection.
上記態様に係る太陽電池モジュールは、太陽電池セルの第1導電用電極及び第2導電用電極の少なくとも一方と、前記伸縮性電極とが伸縮性導電接着剤によって接合されていてもよい。 In the solar cell module according to the aspect described above, at least one of the first conductive electrode and the second conductive electrode of the solar cell may be bonded to the stretchable electrode with a stretchable conductive adhesive.
上記態様に係る太陽電池モジュールは、伸縮率が5%以上であってもよい。 The solar cell module according to the above aspect may have an expansion ratio of 5% or more.
上記態様に係る太陽電池モジュールは、屈曲部密度が0.05個/mm以上であってもよい。 The solar cell module according to the above aspect may have a bent portion density of 0.05 pieces/mm or more.
上記態様に係る太陽電池モジュールは、前記伸縮性電極の破断伸縮率が50%以上であってもよい。 In the solar cell module according to the above aspect, the elastic electrode may have a breaking expansion ratio of 50% or more.
上記態様に係る太陽電池モジュールは、前記太陽電池モジュールの全面積に対して前記複数の太陽電池セルが占める面積が10%以上であってもよい。 In the solar cell module according to the above aspect, the area occupied by the plurality of solar cells may be 10% or more of the total area of the solar cell module.
上記態様に係る太陽電池モジュールは、前記太陽電池セルの上下面の少なくとも一方に封止層を備えてもよい。 The solar cell module according to the above aspect may include a sealing layer on at least one of the upper and lower surfaces of the solar cell.
本発明の第2態様に係る太陽電池モジュールは、伸縮性樹脂基材と、前記伸縮性樹脂基材上に、伸び率が1%以下の太陽電池セルと、前記太陽電池セルを電気的に接続された伸縮性電極と、を備える。 A solar cell module according to a second aspect of the present invention includes a stretchable resin substrate, a solar cell having an elongation rate of 1% or less on the stretchable resin substrate, and the solar cell electrically connected. and stretchable electrodes.
本発明に係る太陽電池モジュールによれば、伸縮性が高く、屈曲性を有する太陽電池モジュールを提供できる。 According to the solar cell module of the present invention, it is possible to provide a solar cell module having high stretchability and flexibility.
以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, characteristic parts may be shown enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratio of each component may differ from the actual one. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the present invention.
(太陽電池モジュール(第1実施形態))
図1は、第1実施形態に係る太陽電池モジュールの一部を模式的に示す平面模式図である。図2は、図1中のI-I’に沿った断面を、太陽電池セルと伸縮性樹脂基材及び伸縮性電極とを分解して模式的に示す分解断面模式図である。図3は、図1に示す太陽電池モジュールから太陽電池セルを外した状態を模式的に示す平面模式図である。
(Solar cell module (first embodiment))
FIG. 1 is a schematic plan view showing part of the solar cell module according to the first embodiment. FIG. 2 is an exploded schematic cross-sectional view schematically showing a cross section taken along II′ in FIG. 1 by disassembling the solar cell, the stretchable resin substrate, and the stretchable electrode. FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing a state in which the solar cell is removed from the solar cell module shown in FIG. 1. FIG.
図1に示す太陽電池モジュール100は、伸縮性樹脂基材10と、伸縮性樹脂基材10の表面に、15個の個片の、伸び率が1%以下の太陽電池セル20と、15個の個片の太陽電池セル20を電気的に接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極30とを備えている。
ここで、本明細書において、太陽電池セルの「伸び率」とは、|{(L-L0)/L0}×100|(L0:太陽電池セルの試験前の引っ張り方向の長さ、L:破断時の長さ)である。「伸び率」は絶対値で評価するものとする。太陽電池セルの「伸び率」とは、伸び率が最も高い方向の伸び率を指すものとする。
A
Here, in this specification, the “elongation rate” of the solar cell is |{(L−L 0 )/L 0 }×100|(L 0 : the length of the solar cell in the tensile direction before the test , L: length at break). The "elongation rate" shall be evaluated as an absolute value. The "elongation rate" of the solar cell refers to the elongation rate in the direction where the elongation rate is the highest.
本発明に係る太陽電池モジュールの伸縮率は5%以上であることが好ましい。
ここで、本明細書において、太陽電池モジュールの「伸縮率」とは、|{(LMe-LM)/LM}×100|(LM:太陽電池モジュールの伸縮ないときの所定方向の長さ、LMe:太陽電池モジュールの伸縮時の所定方向の長さ。)である。「伸縮率」は絶対値で評価するものとする。伸縮率は所定の方向ごとに決定することができるが、本明細書において、「太陽電池モジュールの伸縮率が5%以上である」とは、伸縮率が最も高い方向の伸縮率を指すものとする。なお、伸縮率に異方性がなければ、いずれの方向でも伸縮率は等しくなるし、また、伸縮率の異方性が小さければ、いずれの方向でも伸縮率は近い値となる。
以下では、「伸縮性電極」を、伸縮性電極パターンということがある。
The expansion ratio of the solar cell module according to the present invention is preferably 5% or more.
Here, in the present specification, the “expansion ratio” of the solar cell module is |{(LMe-LM)/LM}×100| : Length in a predetermined direction when the solar cell module expands and contracts.). The "expansion ratio" shall be evaluated as an absolute value. The expansion/contraction rate can be determined for each predetermined direction, and in this specification, "the expansion/contraction rate of the solar cell module is 5% or more" refers to the expansion/contraction rate in the direction where the expansion/contraction rate is the highest. do. If there is no anisotropy in the stretch rate, the stretch rate will be the same in any direction, and if the anisotropy in the stretch rate is small, the stretch rate will be similar in any direction.
Hereinafter, the "elastic electrode" may be referred to as an elastic electrode pattern.
ここで、「個片の太陽電池セル」とは、太陽電池セル同士が繋がっていないことを意味している。各太陽電池セルは、伸縮性電極を介して、あるいは、伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤(後述)を介して伸縮性樹脂基材に接合されている。従来の太陽電池モジュールでは、複数の太陽電池セル同士が繋がっている構造であるため、従来の太陽電池モジュールは伸縮しない。これに対して、本発明に係る太陽電池モジュールでは、複数の太陽電池セル同士が繋がっておらず、各太陽電池セルが伸縮性電極を介して、あるいは、伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤を介して伸縮性樹脂基材に接合されている構成であるため、太陽電池セルが接合されていない部分が伸縮することが可能であり、太陽電池モジュール全体として伸縮性を有する。
太陽電池モジュールが伸縮率5%未満である場合、曲げたり、伸ばしたりした際に破損しやすい。
Here, “individual solar cells” means that the solar cells are not connected to each other. Each solar cell is joined to the stretchable resin substrate via stretchable electrodes, or stretchable electrodes and a stretchable conductive adhesive (described later). Since a conventional solar cell module has a structure in which a plurality of solar cells are connected to each other, the conventional solar cell module does not expand and contract. On the other hand, in the solar cell module according to the present invention, the plurality of solar cells are not connected to each other, and each solar cell is connected via the stretchable electrode or by the stretchable electrode and the stretchable conductive adhesive. Since the solar cell module is bonded to the stretchable resin base material via an intermediary, the portion where the solar cell is not bonded can stretch and contract, and the solar cell module as a whole has stretchability.
If the expansion ratio of the solar cell module is less than 5%, it is likely to be damaged when bent or stretched.
同じ発電量が得られる太陽電池モジュールであっても、小型サイズで多数個の太陽電池セルによって構成されているタイプの方が、それより大型サイズでより少ない数の太陽電池セルによって構成されているタイプよりも、単位長さ当たりの伸縮可能な部位数が多いので屈曲部密度が高く、細かな変形が可能となる、なお、本明細書において、「屈曲部密度」とは単位長さ当たりに曲がることができる部位(屈曲部)の数をいう。 Even if the solar cell module can generate the same amount of power, the type that is small and is composed of a large number of solar cells is larger and composed of a smaller number of solar cells. Since the number of stretchable parts per unit length is larger than that of the type, the bending density is high and fine deformation is possible. Refers to the number of bendable parts (bent parts).
本発明に係る太陽電池モジュールの屈曲部密度は0.05個/mm以上であることが好ましい。
屈曲部密度は所定の方向ごとに決定することができるが、本明細書において、「太陽電池モジュールの屈曲部密度が0.05個/mm以上である」とは、屈曲部密度が最も高い方向の屈曲部密度を指すものとする。なお、屈曲部密度に異方性がなければ、いずれの方向でも屈曲部密度は等しくなるし、また、屈曲部密度の異方性が小さければ、いずれの方向でも屈曲部密度は近い値となる。
The bent portion density of the solar cell module according to the present invention is preferably 0.05 pieces/mm or more.
The bend density can be determined for each predetermined direction. shall refer to the bend density of If the bending density is not anisotropic, the bending density will be the same in any direction, and if the bending density is less anisotropic, the bending density will be similar in any direction. .
個片の太陽電池セルの配置は規則的であっても不規則的であっても、また、一部が規則的でありかつ他の部分が不規則的であってもよい。 The arrangement of the individual solar cells may be regular or irregular, or may be regular in some parts and irregular in other parts.
図1に示す太陽電池モジュール100においては、15個の裏面電極型太陽電池セル20は、X方向に直列接続された太陽電池セル列がY方向に複数配置され、太陽電池セル列の端部同士が接続されることによって、通電経路が蛇行するようにして電気的に直列に接続されている例である。
In the
図2に示すように、各太陽電池セル20は、p型半導体に電気的に接続する電極(以下、p型側電極という。)25と、n型半導体に電気的に接続する電極26(以下、n型側電極という。)と、を有する。各太陽電池セル20のp型側電極(第1導電用電極)25は伸縮性電極30を介して次の太陽電池セル20のn型側電極(第2導電用電極)26に電気的に接続され、太陽電池セル20のp型側電極25は伸縮性電極30を介してさらに次の太陽電池セル20のn型側電極26に電気的に接続されるというように、各太陽電池セル20のp型側電極25及びn型側電極26が交互に電気的に接続されることによって、15個の個片の太陽電池セルが直列接続する。
As shown in FIG. 2, each
図3に示すように、伸縮性電極パターン30は、15個の個片の太陽電池セルが直列接続するように電極パターンが形成されている。具体的には、15個の個片の太陽電池セルについて、隣接する太陽電池セル同士を順に接続するために、伸縮性電極パターン30は14個の離間した伸縮性電極(30a~30n)からなるものである。
第1実施形態に係る太陽電池モジュール100においては、個片の太陽電池セルが直列接続するようにパターンが形成されるパターンであれば、伸縮性電極パターン30は任意の電極パターン形状をとることができる。また、個片の太陽電池セルが一部並列接続する場合にもそれに応じて、伸縮性電極パターン30は任意の電極パターン形状をとることができる。
As shown in FIG. 3, the
In the
(太陽電池モジュール(第2実施形態))
図4は、第2実施形態に係る太陽電池モジュールの一部を模式的に示す平面模式図である。第2実施形態に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが直列に接続されたセルストリングを複数備え、伸縮性電極パターンがそのセルストリング同士が直列に接続するように形成されている点が、第1実施形態に係る太陽電池モジュールと異なる。
なお、太陽電池セルを直列に接続したものがセルストリングである。
(Solar cell module (second embodiment))
FIG. 4 is a schematic plan view schematically showing part of the solar cell module according to the second embodiment. The solar cell module according to the second embodiment has a plurality of cell strings in which a plurality of solar cells are connected in series, and the stretchable electrode pattern is formed so that the cell strings are connected in series. , different from the solar cell module according to the first embodiment.
A cell string is a series connection of solar cells.
図4に示す太陽電池モジュール200は、伸縮性樹脂基材10と、伸縮性樹脂基材10の表面に、伸び率が1%以下の太陽電池セル20が直列に接続された4本のセルストリング20L1~20L4と、隣接するセルストリング20L1~20L4間を互いに直列に接続することによって、太陽電池セル20を直列接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極30とを備えている。
A
セルストリング20L1は5個の太陽電池セル20L11~20L15からなり、太陽電池セル20L11のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L12のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L12のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L13のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されており、太陽電池セル20L13のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L14のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L14のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L15のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されている。
セルストリング20L2は、太陽電池セル20L21のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L22のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L22のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L23のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続されており、太陽電池セル20L23のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L24のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L24のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L25のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続されている。
セルストリング20L3は、太陽電池セル20L31のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L32のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L32のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L33のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されており、太陽電池セル20L33のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L34のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L34のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L35のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されている。
セルストリング20L4は、太陽電池セル20L41のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L42のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L42のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L43のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続されており、太陽電池セル20L43のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L44のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続され、太陽電池セル20L44のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル20L45のn型側電極(あるいはp型側電極)とが接続されている。
The cell string 20L1 is composed of five solar cells 20L11 to 20L15, and includes an n-type electrode (or p-type electrode) of the solar cell 20L11 and a p-type electrode (or n-type electrode) of the solar cell 20L12. is connected, the n-type electrode (or p-type electrode) of solar cell 20L12 and the p-type electrode (or n-type electrode) of solar cell 20L13 are connected, and the n-type electrode of solar cell 20L13 is connected. The type side electrode (or p-type side electrode) and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L14 are connected, and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L14 and the solar cell 20L14 are connected. A p-type electrode (or an n-type electrode) of the battery cell 20L15 is connected.
In cell string 20L2, the p-type electrode (or n-type electrode) of solar cell 20L21 and the n-type electrode (or p-type electrode) of solar cell 20L22 are connected to form the p-type electrode of solar cell 20L22. The side electrode (or n-type side electrode) and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L23 are connected, and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L23 and The n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L24 is connected, and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L24 and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L25 are connected. mold side electrode) are connected.
In cell string 20L3, the n-type electrode (or p-type electrode) of solar cell 20L31 and the p-type electrode (or n-type electrode) of solar cell 20L32 are connected to form the n-type electrode of solar cell 20L32. The side electrode (or p-type side electrode) and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L33 are connected, and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L33 and The p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L34 is connected, and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L34 and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L35 are connected. mold side electrode) are connected.
In cell string 20L4, the p-type electrode (or n-type electrode) of solar cell 20L41 and the n-type electrode (or p-type electrode) of solar cell 20L42 are connected to form the p-type electrode of solar cell 20L42. The side electrode (or n-type side electrode) and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L43 are connected, and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L43 and The n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L44 is connected, and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 20L44 and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 20L45 are connected. mold side electrode) are connected.
太陽電池セル20L15のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L25のp型側電極(あるいはn型側電極)とが伸縮性電極30Aを介して接続されて、セルストリング20L1とセルストリング20L2とが直列接続されている。また、太陽電池セル20L21のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L31のp型側電極(あるいはn型側電極)とが伸縮性電極30Bを介して接続されて、セルストリング20L2とセルストリング20L3とが直列接続されている。また、太陽電池セル20L35のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル20L45のp型側電極(あるいはn型側電極)とが伸縮性電極30Cを介して接続されて、セルストリング20L3とセルストリング20L4とが直列接続されている。
この場合、セルストリングを構成する複数の太陽電池セルのうち、一端に配置する太陽電池セルの第1導電用電極及び他端に配置する太陽電池セルの第2導電用電極のみが露出する構成とすることによって、セルストリングを個片の太陽電池セルと同様にして、伸縮性電極を介して伸縮性樹脂基材に貼り付けることができる。
The n-type electrode (or p-type electrode) of solar cell 20L15 and the p-type electrode (or n-type electrode) of solar cell 20L25 are connected via
In this case, only the first conductive electrode of the solar cell arranged at one end and the second conductive electrode of the solar cell arranged at the other end of the plurality of solar cells constituting the cell string are exposed. By doing so, the cell string can be attached to the stretchable resin substrate through the stretchable electrode in the same manner as individual solar cells.
第2実施形態に係る太陽電池モジュール200において、太陽電池セルの所望の接続パターンを実現することができる限り、伸縮性電極パターン30は任意の電極パターン形状をとることができる。
In the
(太陽電池モジュール(第3実施形態))
図5は、第3実施形態に係る太陽電池モジュールの一部を模式的に示す平面模式図である。第3実施形態に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが直列に接続されたセルストリングを複数備え、伸縮性電極パターンがそのセルストリング同士が並列に接続するように形成されている点が、第1実施形態に係る太陽電池モジュールと異なる。第3実施形態に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが直列に接続されたセルストリングを複数備える点は第2実施形態に係る太陽電池モジュールと共通するが、伸縮性電極パターンがそのセルストリング同士が並列に接続するように形成されている点が、第2実施形態に係る太陽電池モジュールと異なる。
(Solar cell module (third embodiment))
FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing part of the solar cell module according to the third embodiment. The solar cell module according to the third embodiment has a plurality of cell strings in which a plurality of solar cells are connected in series, and the stretchable electrode pattern is formed so that the cell strings are connected in parallel. , different from the solar cell module according to the first embodiment. The solar cell module according to the third embodiment is similar to the solar cell module according to the second embodiment in that it includes a plurality of cell strings in which a plurality of solar cells are connected in series. It differs from the solar cell module according to the second embodiment in that the strings are formed so as to be connected in parallel.
図5に示す太陽電池モジュール300は、伸縮性樹脂基材10と、伸縮性樹脂基材10の表面に、伸び率が1%以下の太陽電池セル21が直列に接続された、2本のセルストリング21L1及び21L2と、セルストリング21L1及び21L2間を互いに並列に接続することによって、太陽電池セル20を接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極30とを備えている。
The
セルストリング21L1は5個の太陽電池セル21L11~21L15からなり、太陽電池セル21L11のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L12のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル21L12のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L13のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されており、太陽電池セル21L13のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L14のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル21L14のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L15のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されている。
セルストリング21L2は5個の太陽電池セル21L21~21L25からなり、太陽電池セル21L21のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L22のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル21L22のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L23のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されており、太陽電池セル21L23のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L24のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続され、太陽電池セル21L24のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L25のp型側電極(あるいはn型側電極)とが接続されている。
The cell string 21L1 is composed of five solar cells 21L11 to 21L15, and has an n-type electrode (or p-type electrode) of the solar cell 21L11 and a p-type electrode (or n-type electrode) of the solar cell 21L12. is connected, the n-type electrode (or p-type electrode) of solar cell 21L12 and the p-type electrode (or n-type electrode) of solar cell 21L13 are connected, and the n-type electrode of solar cell 21L13 is connected. The type side electrode (or p-type side electrode) and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 21L14 are connected, and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 21L14 and the solar cell 21L14 are connected. A p-type electrode (or an n-type electrode) of the battery cell 21L15 is connected.
The cell string 21L2 is composed of five solar cells 21L21 to 21L25, and has an n-type side electrode (or p-type side electrode) of the solar cell 21L21 and a p-type side electrode (or n-type side electrode) of the solar cell 21L22. is connected, the n-type electrode (or p-type electrode) of solar cell 21L22 and the p-type electrode (or n-type electrode) of solar cell 21L23 are connected, and the n-type electrode of solar cell 21L23 is connected. The type side electrode (or p-type side electrode) and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 21L24 are connected, and the n-type side electrode (or p-type side electrode) of solar cell 21L24 and the solar cell 21L24 are connected. A p-type electrode (or an n-type electrode) of the battery cell 21L25 is connected.
太陽電池セル21L11のp型側電極(あるいはn型側電極)と太陽電池セル21L21のp型側電極(あるいはn型側電極)とが伸縮性電極30Dを介して接続され、かつ、太陽電池セル21L15のn型側電極(あるいはp型側電極)と太陽電池セル21L25のn型側電極(あるいはp型側電極)とが伸縮性電極30Eを介して接続され、セルストリング21L1とセルストリング21L2とが並列接続されている。
The p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 21L11 and the p-type side electrode (or n-type side electrode) of solar cell 21L21 are connected via
第3実施形態に係る太陽電池モジュール300において、太陽電池セルの所望の接続パターンを実現することができる限り、伸縮性電極パターン30は任意の電極パターン形状をとることができる。
In the
複数のセルストリングをさらに直列又は並列に接続したものはセルアレイと呼ばれる。
太陽電池セルは、個片の太陽電池セルとして、または、複数の太陽電池セルから構成されるセルストリングとして、または、複数のセルストリングから構成されるセルアレイとして、または、個片の太陽電池セル、セルストリング及びセルアレイのいずれか2つ以上の組み合わせとして、伸縮性電極を介して伸縮性樹脂基材に貼り付けることができる。
A series or parallel connection of a plurality of cell strings is called a cell array.
The solar cells are individual solar cells, or as cell strings composed of a plurality of solar cells, or as cell arrays composed of a plurality of cell strings, or as individual solar cells, A combination of two or more of the cell string and the cell array can be attached to the stretchable resin substrate via stretchable electrodes.
<伸縮性樹脂基材>
第1実施形態~第3実施形態に係る太陽電池モジュールで使用される伸縮性樹脂基材10に用いられる樹脂としては特に限定されず、伸縮性を有する樹脂として公知のものを用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリウレタンウレア系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂を例示できる。
<Stretchable resin substrate>
The resin used for the
伸縮性樹脂基材10に用いられる樹脂は、溶媒であるN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、メチルエチルケトン(MEK)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アセトン、エタノール、メタノール、乳酸エチル、乳酸ブチル、トルエン、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチルから選ばれるいずれか一種以上に可溶であることが好ましい。
Resins used for the elastic
伸縮性樹脂基材10は、上記の伸縮性樹脂基材10に用いられる樹脂と溶媒とを含む樹脂組成物を塗布して固化させることにより形成することができる。
The
上記樹脂のうち、硬化反応を行うことなく、樹脂組成物の塗工及び乾燥のみで成形できるウレタン系樹脂が好ましい。硬化反応を行う必要がある樹脂では、硬化反応が均一に進行しない場合に、樹脂シート中において、組成や硬化度のばらつきを生じ、目的とする伸縮性、強度及び耐経時劣化特性を有しないものになりうるからである。
また、ウレタン系樹脂を用いる場合、樹脂成分にシロキサン結合を有していることが好ましい。この場合、樹脂組成物は適度な撥水性を有しており、ウレタン結合の加水分解が抑制されるからである。
Among the above resins, urethane-based resins that can be molded only by coating and drying a resin composition without performing a curing reaction are preferred. For resins that require a curing reaction, if the curing reaction does not proceed uniformly, variations in composition and degree of curing occur in the resin sheet, and the resin sheet does not have the desired stretchability, strength, and deterioration resistance over time. because it can become
Moreover, when using a urethane-type resin, it is preferable to have a siloxane bond in a resin component. In this case, the resin composition has moderate water repellency, and hydrolysis of urethane bonds is suppressed.
以下、伸縮性樹脂基材10を製造するための樹脂組成物の具体的な例を挙げつつ、伸縮性樹脂基材10の特徴を説明する。
具体的な例として、樹脂成分(本明細書においては、「樹脂成分(II)」と称することがある)を含有し、樹脂成分が、下記一般式(11)、(21)又は(31)で表される基と、ウレタン結合と、を有する樹脂組成物を挙げることができる。
Hereinafter, the characteristics of the
As a specific example, it contains a resin component (in this specification, may be referred to as “resin component (II)”), and the resin component is represented by the following general formula (11), (21) or (31) and a resin composition having a urethane bond.
この樹脂組成物が含有する樹脂成分(II)は、ウレタン結合を有しているため、柔軟性が高い。
また、樹脂成分(II)は、ウレタン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂と、前記一般式(11)、(21)又は(31)で表される基の由来となる、可逆的付加-開裂連鎖移動重合(Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerization、本明細書においては、「RAFT重合」と略記することがある)を行うためのRAFT剤とを用いて、重合反応を行って得られたものである。このように重合反応を行うことによって、重合中の樹脂が架橋構造を形成する過程でゲル化することが避けられ、目的とする重合度及び架橋状態の樹脂成分が得られる。すなわち、前記一般式(11)、(21)又は(31)で表される基を有する樹脂成分(II)は、重合度及び架橋状態の点で、ばらつきが小さい。
また、樹脂成分(II)は、シロキサン結合を有していてもよく、その場合、前記樹脂組成物は適度な撥水性を有しており、樹脂成分(II)が有するウレタン結合の加水分解が抑制される。このような樹脂成分(II)は、さらに、シロキサン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂を用いて、重合反応を行うことで得られる。
なお、RAFT重合を行う樹脂成分(II)の製造方法については、別途詳細に説明する。
Since the resin component (II) contained in this resin composition has urethane bonds, it has high flexibility.
Further, the resin component (II) is a resin having a urethane bond and a polymerizable unsaturated bond, and a reversible addition- RAFT agent for carrying out fragmentation chain transfer polymerization (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer Polymerization, which may be abbreviated as "RAFT polymerization" in this specification), and a polymerization reaction obtained by performing a polymerization reaction. be. By carrying out the polymerization reaction in this manner, gelling of the resin during polymerization in the process of forming a crosslinked structure can be avoided, and a resin component having the desired degree of polymerization and crosslinked state can be obtained. That is, the resin component (II) having the group represented by the general formula (11), (21) or (31) has little variation in degree of polymerization and crosslinked state.
Moreover, the resin component (II) may have a siloxane bond. In that case, the resin composition has a moderate water repellency, and the hydrolysis of the urethane bond of the resin component (II) is Suppressed. Such a resin component (II) can be obtained by carrying out a polymerization reaction using a resin having a siloxane bond and a polymerizable unsaturated bond.
The method for producing the resin component (II) by RAFT polymerization will be described in detail separately.
樹脂成分(II)の製造に用いる前記ウレタン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂は、オリゴマーであり、「樹脂(a)」と称することがある。
また、樹脂成分(II)の製造に用いる前記シロキサン結合及び重合性不飽和結合を有する樹脂は、オリゴマーであり、本実施形態においては、「樹脂(b)」と称することがある。
樹脂成分(II)は、樹脂(a)同士が、その重合性不飽和結合において重合することによって生成した重合体である。樹脂(b)を用いた場合には、樹脂成分(II)は、樹脂(a)及び樹脂(b)が、これらの重合性不飽和結合において重合することによって生成した重合体である。
The resin having the urethane bond and the polymerizable unsaturated bond used in the production of resin component (II) is an oligomer and is sometimes referred to as "resin (a)".
Moreover, the resin having the siloxane bond and the polymerizable unsaturated bond used in the production of the resin component (II) is an oligomer, and is sometimes referred to as "resin (b)" in the present embodiment.
The resin component (II) is a polymer produced by polymerizing the resins (a) with each other at their polymerizable unsaturated bonds. When resin (b) is used, resin component (II) is a polymer produced by polymerizing resin (a) and resin (b) at their polymerizable unsaturated bonds.
樹脂(b)を用いた場合の前記樹脂成分(II)は、その1分子中に、ウレタン結合及びシロキサン結合を共に有するものが好ましい。 When the resin (b) is used, the resin component (II) preferably has both a urethane bond and a siloxane bond in one molecule.
前記樹脂(a)は、ウレタン結合及び重合性不飽和結合を有していれば、特に限定されない。
樹脂(a)としては、例えば、ウレタン結合を有し、かつ重合性不飽和結合を有する基として、(メタ)アクリロイル基を有するもの等が挙げられ、より具体的には、ウレタン(メタ)アクリレート等が挙げられる。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及び「メタクリレート」の両方を包含する概念である。(メタ)アクリレートと類似の用語につても同様であり、例えば、「(メタ)アクリロイル基」とは、「アクリロイル基」及び「メタクリロイル基」の両方を包含する概念である。
The resin (a) is not particularly limited as long as it has a urethane bond and a polymerizable unsaturated bond.
Examples of the resin (a) include those having a (meth)acryloyl group as a group having a urethane bond and a polymerizable unsaturated bond, and more specifically, a urethane (meth)acrylate. etc.
As used herein, "(meth)acrylate" is a concept that includes both "acrylate" and "methacrylate". The same applies to terms similar to (meth)acrylate. For example, "(meth)acryloyl group" is a concept that includes both "acryloyl group" and "methacryloyl group".
前記樹脂(b)は、シロキサン結合及び重合性不飽和結合を有していれば、特に限定されない。
樹脂(b)としては、例えば、重合性不飽和結合を有する基として、(メタ)アクリロイル基を有する、公知の各種シリコーン樹脂等が挙げられ、より具体的には、例えば、ポリジメチルシロキサン等のポリジアルキルシロキサンの片末端又は両末端に、(メタ)アクリロイル基が結合している、変性ポリジアルキルシロキサン等が挙げられる。
The resin (b) is not particularly limited as long as it has a siloxane bond and a polymerizable unsaturated bond.
Examples of the resin (b) include various known silicone resins having a (meth)acryloyl group as a group having a polymerizable unsaturated bond, more specifically, for example, polydimethylsiloxane, etc. A modified polydialkylsiloxane having a (meth)acryloyl group bonded to one or both ends of the polydialkylsiloxane is exemplified.
樹脂成分(II)は、その組成により、溶媒への溶解性が高い。したがって、樹脂成分(II)を含有する前記樹脂組成物も、溶媒への溶解性が高い。
このような溶解性が高い樹脂組成物は、例えば、各種印刷法によって、適用対象物に対して印刷することにより、樹脂組成物層を容易に形成できる。そして、この樹脂組成物層を、硬化させずに、乾燥により固化させることで、前記樹脂シートと同様の層(樹脂層、樹脂シート)を製造できる。このような手法は、導電性成分を含有する前記樹脂組成物を用いて、電極又は配線を形成するのに好適である。
The resin component (II) has high solubility in solvents due to its composition. Therefore, the resin composition containing the resin component (II) also has high solubility in solvents.
Such a highly soluble resin composition can be easily formed into a resin composition layer by, for example, printing on an application object by various printing methods. By solidifying this resin composition layer by drying without curing, a layer (resin layer, resin sheet) similar to the resin sheet can be produced. Such a technique is suitable for forming electrodes or wiring using the resin composition containing a conductive component.
このような溶解性が高い樹脂組成物を用いて、伸縮性を有する樹脂シートを形成し、この樹脂シートを用いて構成した伸縮性デバイスは、その伸縮時に破損を抑制できるという大きな利点を有する。
通常の伸縮性デバイスが、その伸縮時に破損する要因として、材料の観点で考えられるのは、(i)熱や硬化反応に伴う収縮等が原因で生じる、空隙等の構造的欠陥及び界面剥離、(ii)組成ムラが原因で生じる硬度ムラ、(iii)光照射、酸化等が原因で生じる、材料の経時劣化等である。
したがって、空隙等の構造的欠陥及び界面剥離、組成ムラ、及び材料の経時劣化を抑制することで、伸縮性デバイスの伸縮時における破損を抑制できる。
伸縮性基板の加工としては、熱溶融による成形、熱又は光硬化反応による架橋が一般的であるが、前記(i)~(iii)の理由により、微細加工までを考慮すると、伸縮性デバイスの信頼性が低くなることが懸念される。これに対して、例えば、積層工法に対応した、樹脂組成物の塗工及び乾燥のみで成形できる樹脂があれば、良好な結果を得られることが期待される。
A stretchable device formed by forming a stretchable resin sheet using such a highly soluble resin composition has the great advantage of being able to suppress breakage during stretching.
From the viewpoint of materials, the factors that can cause a normal stretchable device to break when stretched are (i) structural defects such as voids and interfacial peeling caused by shrinkage due to heat or curing reaction; (ii) hardness unevenness caused by composition unevenness; and (iii) material deterioration over time caused by light irradiation, oxidation, and the like.
Therefore, by suppressing structural defects such as voids, interfacial peeling, composition unevenness, and deterioration of the material over time, it is possible to suppress breakage during stretching of the stretchable device.
As the processing of stretchable substrates, molding by heat melting and cross-linking by heat or photocuring reaction are common. There is a concern that the reliability will be lowered. On the other hand, for example, if there is a resin that can be molded only by coating and drying a resin composition corresponding to the lamination method, it is expected that good results will be obtained.
伸縮性樹脂基材10は、具体例の樹脂組成物を、乾燥により固化させて樹脂シート状の伸縮性樹脂基材(以下、「樹脂シート」ということがある。)を得られる。複数の樹脂シートを積層して、伸縮性樹脂基材を作製してもよい。
前記樹脂シートは、樹脂成分(II)を主成分として含有しているため、良好な伸縮性を有する。樹脂(b)を用いた場合には、前記樹脂シートは、さらに、適度な撥水性を有しているため、加水分解に起因する経時劣化が抑制される。このような特性を有する前記樹脂シートは、ウエアラブルデバイス等をはじめとする各種伸縮性デバイスを構成するのに、特に好適である。
The stretchable
Since the resin sheet contains the resin component (II) as a main component, it has good stretchability. When the resin (b) is used, the resin sheet further has moderate water repellency, so deterioration over time due to hydrolysis is suppressed. The resin sheet having such properties is particularly suitable for forming various stretchable devices such as wearable devices.
前記樹脂シートは、樹脂組成物の硬化反応を行うことなく、上記のとおり、乾燥により固化させるだけで形成できる。したがって、硬化反応を行うことに伴う不具合を有しない。 The resin sheet can be formed only by solidifying the resin composition by drying as described above without performing a curing reaction of the resin composition. Therefore, there is no problem associated with performing the curing reaction.
例えば、光硬化反応は、紫外光が透過しないものを均一に硬化することが極めて困難である。例えば、光硬化性の樹脂シートのうち、実装されたデバイス又は電子部品の周辺部に紫外光を照射した場合には、紫外光の透過性がばらつくために、硬化度が異なる部位が生じてしまい、架橋密度が低い部位では、樹脂シートが破損し易い。また、非架橋部位は、酸化により劣化し易い。
一方、熱硬化反応は、硬化時の熱分布によって、樹脂シートにおいて収縮差が生じ易い。このような収縮差が生じると、デバイスとシーリング材の間など、構成材料が異なるもの同士が、これらの界面において剥離し易い。また、熱分布によって、樹脂シートに硬化度が異なる部位が生じてしまうと、伸縮を繰り返すことによって、劣化し易い。
さらに、光硬化反応と熱硬化反応のいずれの場合も、樹脂シート中では均一に進行し難く、その場合、樹脂シート中において、組成や硬化度のばらつきを生じ、硬化後の樹脂シートが、目的とする伸縮性及び強度を有しないものになってしまう。そのうえ、硬化剤を含有するために、熱、光によって経時劣化を生じ易い。
これに対して、具体例の樹脂組成物を、乾燥により固化させて得られた前記樹脂シートは、このような不具合を有しない。
For example, in a photocuring reaction, it is extremely difficult to uniformly cure a material that does not transmit ultraviolet light. For example, when the periphery of a mounted device or electronic component in a photocurable resin sheet is irradiated with ultraviolet light, the transmittance of ultraviolet light varies, resulting in portions having different degrees of curing. , the resin sheet is easily damaged at a portion where the cross-linking density is low. In addition, non-crosslinked sites are likely to deteriorate due to oxidation.
On the other hand, in the thermosetting reaction, the difference in shrinkage tends to occur in the resin sheet due to the heat distribution during curing. When such a difference in shrinkage occurs, materials made of different constituent materials, such as between a device and a sealing material, are likely to separate at their interfaces. Further, if the resin sheet has a portion with a different degree of curing due to the heat distribution, it is likely to deteriorate due to repeated expansion and contraction.
Furthermore, in both the photocuring reaction and the thermosetting reaction, it is difficult to progress uniformly in the resin sheet. It does not have the elasticity and strength to be used. Moreover, since it contains a curing agent, it is likely to deteriorate over time due to heat and light.
In contrast, the resin sheet obtained by solidifying the resin composition of the specific example by drying does not have such problems.
前記樹脂シートは、例えば、前記樹脂組成物を目的とする箇所に塗工し、乾燥により固化させることで、硬化反応を行うことなく製造できる。 The resin sheet can be produced, for example, by applying the resin composition to a target portion and drying to solidify the resin composition without performing a curing reaction.
前記樹脂組成物は、例えば、各種コーター又はワイヤーバー等を用いる公知の方法、又は、インクジェット印刷法をはじめとする各種印刷法で塗工できる。 The resin composition can be applied, for example, by known methods using various coaters or wire bars, or by various printing methods such as inkjet printing.
樹脂シートの製造時において、前記樹脂組成物の乾燥温度は、25~150℃であることが好ましく、25~120℃であることがより好ましい。前記乾燥温度が25℃以上であると、樹脂シートをより効率的に製造できる。前記乾燥温度が150℃以下であると、乾燥温度が過剰に高温となることが抑制され、剥離シートの変形、樹脂シートのダメージが起こりづらく、樹脂シートの変質が抑制される。 During the production of the resin sheet, the drying temperature of the resin composition is preferably 25 to 150°C, more preferably 25 to 120°C. A resin sheet can be manufactured more efficiently as the said drying temperature is 25 degreeC or more. When the drying temperature is 150° C. or less, excessively high drying temperature is suppressed, deformation of the release sheet and damage to the resin sheet are less likely to occur, and deterioration of the resin sheet is suppressed.
前記樹脂シートの製造時において、前記樹脂組成物の乾燥時間は、前記乾燥温度に応じて適宜設定すればよいが、10~120分であることが好ましく、30~90分であることがより好ましい。前記乾燥時間がこのような範囲であると、良好な特性の樹脂シートを効率的に製造できる。 In the production of the resin sheet, the drying time of the resin composition may be appropriately set according to the drying temperature, preferably 10 to 120 minutes, more preferably 30 to 90 minutes. . When the drying time is within this range, a resin sheet with good properties can be efficiently produced.
樹脂組成物の乾燥による固化(樹脂シートの形成)の完了は、例えば、乾燥に供している樹脂組成物の質量に明確な変化が認められなくなったことによって、確認できる。 Completion of solidification (formation of a resin sheet) of the resin composition by drying can be confirmed, for example, by no clear change in the mass of the resin composition being dried.
伸縮性樹脂基材の伸縮率は、太陽電池モジュールに求められる伸縮率に応じて適宜、設定できる。伸縮率の調整は例えば、伸縮性のある樹脂の量を増加させることで伸縮率を高くすることができる。また、樹脂の中で伸縮率の高い結合のmol%を上げることでも調整できる。例えば、樹脂中のウレタン結合の比率を高めることにより、伸縮性樹脂基材の伸縮率を高くすることができる。 The stretch rate of the stretchable resin substrate can be appropriately set according to the stretch rate required for the solar cell module. The stretch rate can be adjusted, for example, by increasing the amount of stretchable resin. It can also be adjusted by increasing the mol % of the bonds with a high expansion ratio in the resin. For example, by increasing the ratio of urethane bonds in the resin, the stretch ratio of the stretchable resin substrate can be increased.
伸縮性樹脂基材の厚みは特に限定するものではないが、例えば、10~5000μmのものを用いることができる。 The thickness of the stretchable resin substrate is not particularly limited, but for example, a thickness of 10 to 5000 μm can be used.
<伸縮性電極>
第1実施形態~第3実施形態に係る太陽電池モジュールで使用される伸縮性電極30は、伸縮性を有する樹脂と、導電性フィラーとを含む。
伸縮性を有する樹脂としては特に限定されず、伸縮性を有する樹脂として公知のものを用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリウレタンウレア系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂を例示できる。
<Stretchable electrode>
The
The stretchable resin is not particularly limited, and known stretchable resins can be used. For example, epoxy resin, urethane resin, urea resin, polyurethane urea resin, methacrylic acid resin, polyacrylic resin, silicone resin, diene resin, polyester resin, polyether resin, polyamide resin polystyrene and polyimide-based resins can be exemplified.
導電性フィラーとしては特に限定されず、導電性フィラーとして公知のものを用いることができる。例えば、銀(Ag)粉、カーボン(C)、銅(Cu)粉、パラジウム(Pd)粉、金(Au)粉、白金(Pt)粉を例示できる。この中で、抵抗が低いことから、銀が好ましい。 The conductive filler is not particularly limited, and known conductive fillers can be used. Examples include silver (Ag) powder, carbon (C), copper (Cu) powder, palladium (Pd) powder, gold (Au) powder, and platinum (Pt) powder. Among these, silver is preferred because of its low resistance.
伸縮性電極30に用いられる樹脂は、溶媒であるジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、α-テルピネオールから選ばれるいずれか一種以上に可溶であることが好ましい。
The resin used for the
上記樹脂のうち、硬化反応を行うことなく固化することができるウレタン系樹脂が好ましい。また、ウレタン系樹脂は伸縮性が最良なので、伸縮性及び導電性を有する伸縮性電極が作製できる。 Among the above resins, urethane-based resins that can be cured without undergoing a curing reaction are preferred. In addition, since the urethane-based resin has the best stretchability, a stretchable electrode having stretchability and conductivity can be produced.
伸縮性電極30の破断伸縮率としては、太陽電池モジュールに求められる破断伸縮率を適宜設定すればよいが、例えば、30~300%程度が一般的であるが、太陽電池モジュールが優れた伸縮性を発揮する観点からは、50%以上が好ましく、100%以上がより好ましく、200%以上がさらに好ましい。ここで、破断伸縮率とは、{(破断時の長さ-引っ張る前の長さ)/引っ張る前の長さ}×100、で定義されたものである。破断伸縮率は所定の方向ごとに測定できるが、本明細書において、「破断伸縮率が50%以上」とは、破断伸縮率が最大の方向における破断伸縮率を規定するものとする。なお、破断伸縮率に異方性がなければ、いずれの方向でも破断伸縮率は等しくなるし、また、破断伸縮率の異方性が小さければ、いずれの方向でも破断伸縮率は近い値となる。破断伸縮率は例えば、以下のように測定できる。伸縮性電極材料から、幅10mm、長さ35mmの帯状の測定サンプルを5つずつ切り出す。各測定サンプルについて、それぞれ以下に示す方法により、伸びを算出し、その平均値を伸びとする。測定器の上下にある掴み部に金属基板を挟み、測定箇所が幅10mm、長さ10mmとなるように、測定サンプルを金属基板に両面テープで固定する。その後、測定サンプルを、引張試験機(例えば、商品名:オートグラフAGS-5kNX、株式会社島津製作所製)を用いて引張速度10mm/minで引っ張る。そして、破断したときの測定サンプルの長さを測定し、その長さから引っ張る前の長さ10mmを差し引き、伸びを算出することができる。
なお、伸縮性電極30を構成する樹脂が伸縮性樹脂基材を構成する樹脂と同じ場合には、伸縮性電極30は導電性フィラーを含む分、伸縮性樹脂基材よりも伸び率が小さい。そのため、伸縮性電極30の破断伸縮率が太陽電池モジュールとしての伸び率の上限になる。
As the breaking expansion ratio of the
When the resin forming the
伸縮性電極パターンの作製に際して、上記で具体例として示した樹脂組成物に、導電性成分として導電性フィラーを含有させて作製した伸縮性電極ペーストを作製する。次いで、その伸縮性電極ペーストを伸縮性樹脂基材に塗布する。その後、溶媒を除去して乾燥固化することによって伸縮性電極パターンを作製できる。上記した樹脂成分(II)を用いた場合には、硬化反応を行うことなく固化することができる。 When producing the stretchable electrode pattern, a stretchable electrode paste is produced by adding a conductive filler as a conductive component to the resin composition shown as a specific example above. Next, the stretchable electrode paste is applied to the stretchable resin substrate. Thereafter, by removing the solvent and drying and solidifying, a stretchable electrode pattern can be produced. When the resin component (II) described above is used, it can be solidified without performing a curing reaction.
伸縮性電極の厚みは特に限定するものではないが、例えば、3~50μmとすることができる。 Although the thickness of the stretchable electrode is not particularly limited, it can be, for example, 3 to 50 μm.
<太陽電池セル)
本発明の太陽電池モジュールを構成する太陽電池セル自体が伸縮性を有することを排除しないが、伸縮性が全くない太陽電池セルや伸縮性が低い太陽電池セル(伸び率が1%以下)を想定している。
なお、伸縮性が全くない太陽電池としては、シリコン系太陽電池セルや化合物半導体系太陽電池セルなどの無機材料系の太陽電池セルを例示できる。また、有機系太陽電池セルについては伸び率が1%以下のものが多いが、材料によっては伸び率が1%を超える太陽電池セルも考えられる。
この伸び率が1%以下とは、対象の太陽電池セルのサンプル10個について、引張り試験機(例えば、オートグラフ(株式会社島津製作所製))を用いて伸縮率1%となるように設定した1000回のサイクル試験を行い、全て破断が無く、発電量の低下が5%以下であったものとする。
<Solar battery cell)
Although it is not excluded that the solar cells themselves constituting the solar cell module of the present invention have elasticity, solar cells with no elasticity at all or solar cells with low elasticity (elongation rate of 1% or less) are assumed. are doing.
Examples of solar cells having no stretchability include inorganic material-based solar cells such as silicon-based solar cells and compound semiconductor-based solar cells. In addition, most organic solar cells have an elongation rate of 1% or less, but some solar cells may have an elongation rate of more than 1% depending on the material.
The elongation rate of 1% or less was set to 1% elongation rate using a tensile tester (for example, Autograph (manufactured by Shimadzu Corporation)) for 10 target solar cell samples. It is assumed that 1000 cycles of the test were performed, and there was no breakage and the decrease in power generation was 5% or less.
第1実施形態~第3実施形態に係る太陽電池モジュールで使用される太陽電池セルとしては、伸び率1%以下以外に特に制限なく、公知の太陽電池セルを用いることができる。 As the solar battery cells used in the solar battery modules according to the first to third embodiments, known solar battery cells can be used without any particular limitation other than an elongation rate of 1% or less.
例えば、電極配置の観点では、図6に示すような、(a)両面電極型太陽電池セル、(b)裏面電極型太陽電池セルのいずれも用いることができる。 For example, from the viewpoint of electrode arrangement, both (a) a double-sided electrode type solar cell and (b) a back electrode type solar cell as shown in FIG. 6 can be used.
図6(a)に示す太陽電池セルは、一方の主面にn型側電極26a(又はp型側電極)、他方の主面にp型側電極25a(又はn型側電極)を配置した両面電極型太陽電池セルである。
図6(a)に示す両面電極型太陽電池セルにおいては、例えば、pn接合を形成するようにn型半導体層23a及びp型半導体層22aの積層構造が受光面側にn型半導体層23aが位置するように配置し、n型半導体層23aの受光面側にはn型側電極26aを備え、p型半導体層22aの裏面側にはp型側電極25aを備えている。
The solar cell shown in FIG. 6A has an n-
In the double-sided electrode type solar cell shown in FIG. 6A, for example, the n-
図6(b)に示す太陽電池セルは、一方の主面に、電気的に分離しているn型側電極26b及びp型側電極25bを配置した裏面電極型太陽電池セルである。
図6(b)に示す裏面電極型太陽電池セルにおいては、受光面とは反対側の面にn+拡散層23bとp+拡散層22bが形成され、その上にそれぞれ、n型側電極26b、p型側電極25bを形成した構造を備えている。裏面電極型太陽電池セルでは電極を裏面に集約し受光面の電極をなくすることができるため、その分、受光面を広くして多くの光を取り込むことで変換効率を高めることが可能となる。
The solar cell shown in FIG. 6(b) is a back electrode type solar cell in which an electrically separated n-
In the back electrode type solar cell shown in FIG. 6(b), an
両面電極型太陽電池セル及び裏面電極型太陽電池セルのいずれを用いる場合にも、p型側電極25a、25b、及び、n型側電極26a、26bのそれぞれに接続する電極(あるいは配線)を、太陽電池セルセルの裏側に配置する太陽電池セルを用いるのが好ましい。太陽電池セルセルの裏側に配置する電極パターンに応じて、伸縮性電極パターンを形成すればよいからである。
When using either a double-sided electrode type solar cell or a back electrode type solar cell, the electrodes (or wiring) connected to the p-
また、太陽電池セルをシリコン系、化合物半導体系、有機系に3つに分類した観点でも上述の通り、伸び率1%以下以外に特に制限なく、いずれの種類の太陽電池セルも用いることができる。 In addition, from the viewpoint of classifying solar cells into three types, silicon-based, compound semiconductor-based, and organic-based, as described above, any type of solar cell can be used without any particular limitation other than an elongation rate of 1% or less. .
本発明に係る太陽電池モジュールにおいては破損防止の観点で、太陽電池セルの面積比率(セル面積比率)を80%以下とすることが好ましい。 In the solar cell module according to the present invention, the area ratio of the solar cells (cell area ratio) is preferably 80% or less from the viewpoint of damage prevention.
<伸縮性導電接着剤>
図7は、太陽電池セルと、伸縮性導電接着剤と、伸縮性樹脂基材及び伸縮性電極とを分解して模式的に示す分解して模式的に示す分解断面模式図である。
図7に示すように、太陽電池セル20と伸縮性電極30とを伸縮性導電接着剤40を用いて接合することが好ましい。伸縮性導電接着剤40は、乾燥によって固化することができる。
具体的な接合方法としては例えば、スクリーン印刷などの公知の方法を用いて、伸縮性電極パターン30のそれぞれの位置に伸縮性導電接着剤40を塗布し、次いで、裏面電極型太陽電池セル20側の電極パターン25、26を、伸縮性電極パターン30と同様のパターンで塗布された伸縮性導電接着剤40に配置することで裏面電極型太陽電池セル20を設置し、その後、伸縮性導電接着剤40中の溶媒を除去して乾燥固化させる。
<Stretchable conductive adhesive>
FIG. 7 is an exploded cross-sectional schematic diagram that schematically shows the solar cell, the stretchable conductive adhesive, the stretchable resin base material, and the stretchable electrode in an exploded manner.
As shown in FIG. 7, it is preferable to bond the
As a specific bonding method, for example, using a known method such as screen printing, the stretchable conductive adhesive 40 is applied to each position of the
伸縮性導電接着剤40は、伸縮性を有する樹脂と、導電性フィラーとを含む。
伸縮性を有する樹脂としては特に限定されず、伸縮性を有する樹脂として公知のものを用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリウレタンウレア系樹脂、メタクリル酸系樹脂、ポリアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂を例示できる。
The stretchable conductive adhesive 40 includes stretchable resin and conductive filler.
The stretchable resin is not particularly limited, and known stretchable resins can be used. For example, epoxy resin, urethane resin, urea resin, polyurethane urea resin, methacrylic acid resin, polyacrylic resin, silicone resin, diene resin, polyester resin, polyether resin, polyamide resin polystyrene and polyimide-based resins can be exemplified.
導電性フィラーとしては特に限定されず、導電性フィラーとして公知のものを用いることができる。例えば、銀(Ag)粉、カーボン(C)、銅(Cu)粉、パラジウム(Pd)粉、金(Au)粉、白金(Pt)粉を例示できる。この中で、抵抗が低く、酸化が起きにくいことから、銀粉が好ましい。 The conductive filler is not particularly limited, and known conductive fillers can be used. Examples include silver (Ag) powder, carbon (C), copper (Cu) powder, palladium (Pd) powder, gold (Au) powder, and platinum (Pt) powder. Among these, silver powder is preferable because of its low resistance and resistance to oxidation.
伸縮性導電接着剤40に用いられる樹脂は、溶媒であるメチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート(BCA)から選ばれるいずれか一種以上に可溶であることが好ましい。 The resin used for the stretchable conductive adhesive 40 is at least one selected from solvents such as methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone, butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), and diethylene glycol monomethyl ether acetate (BCA). preferably soluble in
伸縮性導電接着剤40の破断伸縮率としては、太陽電池モジュールに求められる伸び率に応じて適宜設定すればよいが、例えば、3~1000%程度が一般的であるが、太陽電池モジュールが優れた伸縮性を発揮する観点からは、50%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、100%以上がさらに好ましい。伸縮性導電接着剤40の破断伸縮率の定義についても、伸縮性電極30の破断伸縮率の定義と同様であり、その測定方法も同様である。
なお、伸縮性導電接着剤40を構成する樹脂が伸縮性電極30を構成する樹脂と同じ場合には、伸縮性導電接着剤40の破断伸縮率は、伸縮性電極30の破断伸縮率と同程度となる。
The breaking expansion ratio of the stretchable conductive adhesive 40 may be appropriately set according to the elongation ratio required for the solar cell module. 50% or more is preferable, 70% or more is more preferable, and 100% or more is still more preferable from the viewpoint of exhibiting stretchability. The definition of the breaking expansion ratio of the stretchable conductive adhesive 40 is the same as the definition of the breaking expansion ratio of the
When the resin constituting the stretchable conductive adhesive 40 is the same as the resin constituting the
上記樹脂のうち、硬化反応を行うことなく固化することができるウレタン系樹脂が好ましい。 Among the above resins, urethane-based resins that can be cured without undergoing a curing reaction are preferred.
伸縮性導電性接着剤の厚みは特に限定するものではないが、例えば、10~1500μmとすることができる。 Although the thickness of the stretchable conductive adhesive is not particularly limited, it can be, for example, 10 to 1500 μm.
<作用効果>
図8(a)(b)を用いて、本発明に係る太陽電池モジュールの作用効果について説明する。
<Effect>
The effects of the solar cell module according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8(a) and 8(b).
図8(b)に示すように、十分に薄くない基板は曲げると、基板の中心だけは応力がかからないが、曲げると基板の内側には圧縮応力が作用し、外側に引張応力が作用する。すなわち、基板の内側には縮む応力が作用し、外側に伸びる応力が作用する。 As shown in FIG. 8B, when a substrate that is not sufficiently thin is bent, no stress is applied only to the center of the substrate, but when bent, compressive stress acts on the inside of the substrate and tensile stress acts on the outside. In other words, a shrinking stress acts on the inside of the substrate, and an extending stress acts on the outside.
図8(a)は、本発明に係る太陽電池モジュール100Aを模式的に示した図である。図中の双方向の矢印の方向及び長さはその近傍の引っ張り応力の方向及びその大きさを概念的に示すものである。また、符号10Aは伸縮性樹脂基材、符号20Aは「伸縮性を有さない太陽電池セル」を示している。太陽電池セルは種々のサイズのものが配置している。伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤は図示を省略している。
FIG. 8(a) is a diagram schematically showing a
図8(a)に示す太陽電池モジュール100Aにおいて、伸縮している部分は太陽電池セル20Aが接合されていない部分の伸縮性樹脂基材10Aのみである。太陽電池セル20Aが接合されている部分の伸縮性樹脂基材10Aは伸縮していない。
図9を用いてこの点を概念的に説明する。
In the
This point will be conceptually explained using FIG.
図9において、伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤は図示を省略している。
伸縮性樹脂基材10Aを、伸縮性樹脂基材10A、伸縮性電極30AA、伸縮性導電接着剤40A及び太陽電池セル20Aが積層されている方向から見て、3つの部分10Aa、10Ab、10Acに分けると、部分10Aa及び部分10Acはその上に伸縮しない太陽電池セル20Aが接合されていないので伸縮する。これに対して、部分10Abは伸縮しない太陽電池セル20Aが接合されているので伸縮が抑制される。ここで、部分10Aと太陽電池セル20Aとの間には伸縮性を有する伸縮性電極30AA及び伸縮性導電接着剤40Aが配置するため、伸縮しようとする部分10Abと伸縮しない太陽電池セル20Aとの間の剥離が抑制される。
In FIG. 9, illustration of the stretchable electrodes and the stretchable conductive adhesive is omitted.
The
このように、本発明に係る太陽電池モジュールでは、個片の太陽電池セルが、伸縮性電極、あるいは、伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤を介して伸縮性樹脂基材に接合されているために、個片の太陽電池セルが接合されていない部分が伸縮することによって伸縮性の太陽電池モジュールとなっている。 Thus, in the solar cell module according to the present invention, the individual solar cells are bonded to the stretchable resin substrate via the stretchable electrode or the stretchable electrode and the stretchable conductive adhesive. In addition, the stretchable solar cell module is formed by the expansion and contraction of the portion where the individual solar cells are not joined.
太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルは図8に示すように、サイズや特性などが異なるものを含んでいてもよい。 As shown in FIG. 8, the solar cells that make up the solar cell module may have different sizes and characteristics.
<封止層>
図10に、太陽電池セル20の上下面に封止層50を備えた本発明に係る太陽電池モジュールの一部の断面模式図を示す。
<Sealing layer>
FIG. 10 shows a schematic cross-sectional view of a part of a solar cell module according to the present invention having sealing layers 50 on the upper and lower surfaces of
封止層50に用いられる樹脂としては伸縮性を有する樹脂が好ましい。伸縮性を有する樹脂としては特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレア系樹脂、ポリウレタンウレア系、メタクリル酸系樹脂、ポリアクリル系、シリコーン系樹脂、ジエン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂を例示できる。
As the resin used for the
封止層50に用いられる樹脂は、溶媒であるN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、メチルエチルケトン(MEK)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アセトン、エタノール、メタノール、乳酸エチル、乳酸ブチル、トルエン、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチルから選ばれるいずれか一種以上に可溶であることが好ましい。
Resins used for the
図10に示した例では、太陽電池セル20の上下面に封止層50を備えているが、上下面の一方だけに備えていてもよい。
Although the upper and lower surfaces of the
封止層50は、公知の方法によって形成することができる。
The
(太陽電池モジュールの製造方法)
図11に本発明の太陽電池モジュールを製造するための太陽電池モジュールの製造方法の一例を示す。
本発明の太陽電池モジュールは、(a)所定数の太陽電池セルを準備する工程と、(b)伸縮性樹脂基材上に伸縮性電極パターンを形成する工程と、(c)伸縮性電極パターン上に伸縮性導電接着剤ペーストを塗布する工程と、(d)伸縮性導電接着剤ペースト上に太陽電池セルを配置する工程と、(e)伸縮性導電接着剤ペーストを乾燥固化して太陽電池セルを固定する工程と、を経て製造できる。
(Manufacturing method of solar cell module)
FIG. 11 shows an example of a solar cell module manufacturing method for manufacturing the solar cell module of the present invention.
The solar cell module of the present invention includes (a) a step of preparing a predetermined number of solar cells, (b) a step of forming a stretchable electrode pattern on a stretchable resin substrate, and (c) a stretchable electrode pattern. (d) disposing a solar cell on the stretchable conductive adhesive paste; (e) drying and solidifying the stretchable conductive adhesive paste to form a solar cell; and a step of fixing the cell.
以下、本発明に係る太陽電池モジュールについて太陽電池モジュールの伸縮率、伸縮性電極の破断伸縮率、出力電圧、単位面積当たりの発電量の具体的な数値例を検討した。 In the following, specific numerical examples of the expansion ratio of the solar cell module, the breaking expansion ratio of the stretchable electrode, the output voltage, and the amount of power generation per unit area were examined for the solar cell module according to the present invention.
[実施例1]
実施例1は、2個の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールである。
(伸縮性樹脂基材の作製例)
<樹脂組成物の原料例>
樹脂組成物の製造に用いることができる原料を以下に示す。
・樹脂(a)
(a)-1:ウレタンアクリレートオリゴマー(製品名:UN-5500、根上工業社製)
・樹脂(b)
(b)-1:片末端がメタクリロイル基で修飾されたメタクリレート変性ポリジメチルシロキサン(製品名:サイラプレーン(登録商標)FM-0721、JNC社製)
・重合開始剤(c)
(c)-1:ジメチル 2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、アゾ重合開始剤(製品名:V601、富士フイルム和光純薬社製)
・RAFT剤
(1)-1:下記式(1)-1で表されるRAFT剤(富士フイルム和光純薬社製)
(3)-1:下記式(3)-1で表されるRAFT剤(富士フイルム和光純薬社製)
・他の重合性成分
MMA:メタクリル酸メチル
・溶媒
BCA:ブチルカルビトールアセテート
[Example 1]
Example 1 is a solar cell module including two solar cells.
(Example of preparation of stretchable resin substrate)
<Example of raw material for resin composition>
Raw materials that can be used for producing the resin composition are shown below.
・Resin (a)
(a)-1: Urethane acrylate oligomer (product name: UN-5500, manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd.)
・Resin (b)
(b)-1: Methacrylate-modified polydimethylsiloxane modified at one end with a methacryloyl group (product name: Silaplane (registered trademark) FM-0721, manufactured by JNC)
・Polymerization initiator (c)
(c)-1: Dimethyl 2,2′-azobis(2-methylpropionate), azo polymerization initiator (product name: V601, manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・ RAFT agent (1)-1: RAFT agent represented by the following formula (1)-1 (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(3)-1: RAFT agent represented by the following formula (3)-1 (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
・Other polymerizable components MMA: methyl methacrylate ・Solvent BCA: butyl carbitol acetate
<樹脂組成物の製造例>
樹脂(a)-1(100質量部)と、重合開始剤(c)-1(0.8質量部)と、RAFT剤(1)-1(0.245質量部)と、BCAと、をフラスコ内に秤量し、常温下で撹拌機を用いてこれらを混合することにより、原料混合物を得られる。
樹脂(a):100質量部を基準にして、樹脂(b)、重合開始剤(c)、及びRAFT剤の配合量を決定する。
また、樹脂(a):100質量部が原料混合物の15質量%となるように、溶媒であるBCAを混合する。
<Production example of resin composition>
Resin (a)-1 (100 parts by mass), polymerization initiator (c)-1 (0.8 parts by mass), RAFT agent (1)-1 (0.245 parts by mass), and BCA A raw material mixture is obtained by weighing in a flask and mixing them at room temperature using a stirrer.
Based on 100 parts by mass of resin (a), the blending amounts of resin (b), polymerization initiator (c), and RAFT agent are determined.
Further, BCA as a solvent is mixed so that 100 parts by mass of the resin (a) becomes 15% by mass of the raw material mixture.
次いで、密閉したフラスコ内を真空脱気する。
次いで、窒素雰囲気下で、オイルバスを用いて、前記原料混合物を溶解させ、引き続き撹拌しながら昇温し、90℃で20分間重合反応を行うことにより、樹脂成分(II)を製造するとともに、この樹脂成分(II)を含有する樹脂組成物を製造する。
The inside of the closed flask is then vacuum degassed.
Next, in a nitrogen atmosphere, the raw material mixture is dissolved using an oil bath, the temperature is raised while stirring, and the polymerization reaction is performed at 90° C. for 20 minutes to produce the resin component (II), A resin composition containing this resin component (II) is produced.
<樹脂シート(伸縮性樹脂基材)の作製例>
スプレーコーターを用い、上記で得られた樹脂組成物を剥離フィルム上に塗工し、115℃で60分乾燥させることにより、硬化反応を行うことなく、樹脂シート(試験用樹脂シート、厚さ80μm)を製造し、これを伸縮性樹脂基材とする。
<Production example of resin sheet (elastic resin base material)>
Using a spray coater, the resin composition obtained above was applied onto a release film and dried at 115° C. for 60 minutes to obtain a resin sheet (test resin sheet, thickness 80 μm) without performing a curing reaction. ) is produced, and this is used as a stretchable resin substrate.
(伸縮性電極ペーストの作製例)
伸縮性電極ペーストの原料としては、粒径が0.5μm~5.0μmの銀粉末を加え、樹脂の量を調整した以外は、上記の伸縮性樹脂基材を製造する際に作製した樹脂組成物と同様の原料を用いる。
(Example of preparation of stretchable electrode paste)
As a raw material for the stretchable electrode paste, silver powder having a particle size of 0.5 μm to 5.0 μm was added, and the resin composition prepared when manufacturing the stretchable resin base material was used, except that the amount of the resin was adjusted. Use the same raw materials as products.
(伸縮性導電接着剤ペーストの作製例)
伸縮性導電接着剤ペーストの原料としては、粒径が0.5μm~5.0μmの銀粉末を加え、樹脂の量を調整した以外は、上記の伸縮性電極ペーストと同様の原料を用いる。
(Example of preparation of elastic conductive adhesive paste)
As a raw material for the elastic conductive adhesive paste, the same raw material as the elastic electrode paste is used except that silver powder having a particle size of 0.5 μm to 5.0 μm is added and the amount of resin is adjusted.
(太陽電池セルの準備例)
太陽電池セルはx方向、y方向の各寸法(Lx、Ly)が1.5mm、5.75mmのものを用い、図12に示すように、x方向に2個の太陽電池セルが互いの長手方向が平行になるように並置する。
太陽電池セルとしては例えば、TDK株式会社製のBCSシリーズなどを用いることができる。
(Example of solar cell preparation)
The solar cells are 1.5 mm and 5.75 mm in the x and y directions (Lx, Ly). As shown in FIG. Arrange so that the directions are parallel.
As a solar battery cell, for example, the BCS series manufactured by TDK Corporation can be used.
(太陽電池モジュールの作製例)
100mm×100mmの伸縮性樹脂基材上に、伸縮性電極ペーストを所定のパターンに塗布し、乾燥固化して、伸縮性電極パターンを形成する。
次に、伸縮性電極パターン上に、伸縮性導電接着剤ペーストを塗布する。
次に、所定のパターンに塗布された伸縮性導電接着剤ペースト上に、2個の太陽電池セルの第1導電型用電極及び第2導電型用電極が配置するように、各太陽電池セルを設置する。
その後、伸縮性導電接着剤ペースト中の溶媒を除去して乾燥固化して、太陽電池セルを固定して、2個の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールを作製する。
(Example of manufacturing a solar cell module)
A stretchable electrode paste is applied in a predetermined pattern on a stretchable resin substrate of 100 mm×100 mm, dried and solidified to form a stretchable electrode pattern.
Next, a stretchable conductive adhesive paste is applied on the stretchable electrode pattern.
Next, each solar cell is placed so that the first conductivity type electrode and the second conductivity type electrode of the two solar cells are arranged on the stretchable conductive adhesive paste applied in a predetermined pattern. Install.
After that, the solvent in the stretchable conductive adhesive paste is removed, and the paste is dried and solidified to fix the solar cells, thereby producing a solar cell module having two solar cells.
(太陽電池モジュールの伸縮率、伸縮性電極の破断伸縮率、出力電圧、単位面積当たりの発電量の数値例)
表1に、具体的な数値で求めた伸縮性電極の破断伸縮率、太陽電池モジュールの伸縮率、出力電圧、単位面積当たりの発電量の例を示す。
(Numerical examples of expansion/contraction rate of solar cell module, breaking expansion/contraction rate of elastic electrode, output voltage, and power generation amount per unit area)
Table 1 shows examples of the rupture expansion ratio of the stretchable electrode, the expansion ratio of the solar cell module, the output voltage, and the amount of power generation per unit area determined by specific numerical values.
伸縮性樹脂基材のx方向及びy方向の長さはいずれも100mmである。伸縮性樹脂基材のうち、太陽電池セルが伸縮性電極及び伸縮性導電接着剤を介して接合された部分(以下、「接合部」ということがある。)は実質的に伸びず、太陽電池セルが接合されていない部分(以下、「非接合部」ということがある。)だけが伸びるものとする。
伸縮性電極の破断時の太陽電池モジュール全体の伸縮率は伸縮性電極の破断伸縮率を用いて以下のように見積もることができる;
伸縮率(%)={(伸縮時の長さ-伸縮前の長さ)(mm)/伸縮前の長さ(mm)}×100(%)、
伸縮時の長さ(mm)=(セル以外の部分(電極)の長さ×伸縮性電極の破断伸縮率+セル部分全体の長さ)(mm)、
伸縮前の長さ(mm)=100mmなので、
伸縮率(%)
=〔{(セル以外の部分(電極)の長さ×伸縮性電極の破断伸縮率+セル部分全体の長さ)-100}mm/100mm〕×100(%)
={(セル以外の部分(電極)の長さ×伸縮性電極の破断伸縮率+セル部分全体の長さ)-100}(%)
The lengths of the stretchable resin substrate in the x-direction and the y-direction are both 100 mm. Of the stretchable resin substrate, the portion where the solar cell is joined via the stretchable electrode and the stretchable conductive adhesive (hereinafter sometimes referred to as “joint portion”) does not substantially stretch, and the solar cell It is assumed that only the portion where the cells are not joined (hereinafter sometimes referred to as "non-joint portion") is elongated.
The expansion/contraction rate of the entire solar cell module when the stretchable electrode breaks can be estimated as follows using the breakage expansion/contraction rate of the stretchable electrode;
Stretch ratio (%) = {(length when stretched - length before stretched) (mm) / length before stretched (mm)} x 100 (%),
Length when stretched (mm) = (length of portion (electrode) other than cell x rupture stretch ratio of stretchable electrode + length of entire cell portion) (mm),
Since the length (mm) before expansion and contraction = 100mm,
Stretch rate (%)
= [{(length of the portion (electrode) other than the cell × breaking expansion ratio of the elastic electrode + length of the entire cell portion) - 100} mm/100 mm] × 100 (%)
= {(Length of portion (electrode) other than cell x Fracture expansion ratio of stretchable electrode + length of entire cell portion) - 100} (%)
伸縮性電極のx方向及びy方向の破断伸縮率〔%〕をそれぞれSSx、SSyとし、太陽電池セルのx方向及びy方向の寸法をそれぞれLx、Lyとし、太陽電池セルのx方向及びy方向の個数をそれぞれNx、Nyとすると、太陽電池モジュールのx方向及びy方向の伸縮率TSx、TSyとする;
Tsx〔%〕=〔(100-Lx×Nx)×{(100(%)+SSx(%))/100(%)} +Lx×Nx〕-100 ・・・(1)
Tsy〔%〕=〔(100-Ly×Ny)×{(100(%)+SSy(%))/100(%)} +Ly×Ny〕-100 ・・・(2)
(1)式及び(2)式の第2項の分子のうち、前の項は「非接合部」の長さ、後の項は「接合部」の長さ(太陽電池セルの長さの計と同じ)を示している。
Let SSx and SSy be the breaking expansion ratios [%] of the stretchable electrode in the x and y directions, respectively, and let Lx and Ly be the dimensions of the solar cell in the x and y directions, respectively, and the x and y directions of the solar cell. are respectively Nx and Ny, the x-direction and y-direction expansion ratios of the solar cell module are TSx and TSy;
Tsx[%]=[(100−Lx×Nx)×{(100(%)+SSx(%))/100(%)}+Lx×Nx]−100 (1)
Tsy [%]=[(100−Ly×Ny)×{(100(%)+SSy(%))/100(%)}+Ly×Ny]−100 (2)
Among the numerators of the second terms in formulas (1) and (2), the first term is the length of the “non-junction” and the second term is the length of the “junction” (the length of the solar cell). (same as total).
太陽電池モジュールの出力電圧は、1セルあたり0.65Vの電圧を出力するとすれば、0.65V×太陽電池セルの個数(Nx×Ny個)、となる。 Assuming that a voltage of 0.65 V is output per cell, the output voltage of the solar cell module is 0.65 V.times.the number of solar cells (Nx.times.Ny).
照度200ルクスの光照射の下で太陽電池セル1個あたりの発電量Pは、単位面積当たりの発電力を0.1μW/mm2とすると、
発電量P=0.1μW/mm2×太陽電池セル1個の受光面積〔mm2〕、
となる。受光面積はセル面積から封止材などの発電しない領域を除いた、発電に有効な面積である。
The amount of power generation P per solar cell under light irradiation with an illuminance of 200 lux is 0.1 μW / mm 2 assuming that the power generation per unit area is
Power generation amount P = 0.1 μW/mm 2 × light receiving area of one solar cell [mm 2 ],
becomes. The light-receiving area is the effective area for power generation, which is obtained by excluding a region such as a sealing material that does not generate power from the cell area.
[実施例2]
実施例2は、太陽電池モジュールが備える太陽電池セルが16個であること、各太陽電池セルのサイズがLx=5mm、Ly=5mmであること、x方向及びy方向のそれぞれに4個づつ並ぶように太陽電池セルを並置した以外は、実施例1と同様にして太陽電池モジュール作製した例である。
[Example 2]
In Example 2, the number of solar cells included in the solar cell module is 16, the size of each solar cell is Lx=5 mm and Ly=5 mm, and four cells are arranged in each of the x direction and the y direction. In this example, a solar cell module was produced in the same manner as in Example 1, except that the solar cells were arranged side by side.
[実施例3]
実施例3は、太陽電池モジュールが備える太陽電池セルが42個であることと、各太陽電池セルのサイズがLx=5mm、Ly=5mmであること、x方向に6個、y方向に7個並ぶように太陽電池セルを並置した以外は、実施例1と同様にして太陽電池モジュール作製した例である。
[Example 3]
In Example 3, the number of solar cells included in the solar cell module is 42, the size of each solar cell is Lx=5 mm, Ly=5 mm, 6 in the x direction, and 7 in the y direction. This is an example of fabricating a solar cell module in the same manner as in Example 1, except that the solar cells are arranged side by side.
[実施例4]
実施例4は、太陽電池モジュールが備える太陽電池セルが25個であることと、各太陽電池セルのサイズがLx=10mm、Ly=10mmであること、x方向及びy方向のそれぞれに5個づつ並ぶように太陽電池セルを並置した以外は、実施例1と同様にして太陽電池モジュール作製した例である。
[Example 4]
In Example 4, the number of solar cells included in the solar cell module is 25, the size of each solar cell is Lx=10 mm, Ly=10 mm, and 5 cells are provided in each of the x direction and the y direction. This is an example of fabricating a solar cell module in the same manner as in Example 1, except that the solar cells are arranged side by side.
[実施例5]
実施例5は、太陽電池モジュールが備える太陽電池セルが49個であることと、各太陽電池セルのサイズがLx=10mm、Ly=10mmであること、x方向及びy方向のそれぞれに7個づつ並ぶように太陽電池セルを並置した以外は、実施例1と同様にして太陽電池モジュール作製した例である。
[Example 5]
In Example 5, the number of solar cells included in the solar cell module is 49, the size of each solar cell is Lx=10 mm, Ly=10 mm, and there are 7 cells each in the x direction and the y direction. This is an example of fabricating a solar cell module in the same manner as in Example 1, except that the solar cells are arranged side by side.
[実施例6]
実施例6は、太陽電池モジュールが備える太陽電池セルが900個であることと、x方向に60個、y方向に15個並ぶように太陽電池セルを並置した以外は、実施例1と同様にして太陽電池モジュール作製した例である。
[Example 6]
Example 6 was the same as Example 1, except that the number of solar cells included in the solar cell module was 900, and the solar cells were arranged side by side so that 60 were arranged in the x direction and 15 were arranged in the y direction. This is an example in which a solar cell module was produced by
[実施例7]
実施例7は、太陽電池モジュールが備える太陽電池セルが25個であることと、各太陽電池セルのサイズがLx=45mm、Ly=45mmであること、x方向及びy方向のそれぞれに2個づつ並ぶように太陽電池セルを並置した以外は、実施例1と同様にして太陽電池モジュール作製した例である。
[Example 7]
In Example 7, the number of solar cells included in the solar cell module is 25, the size of each solar cell is Lx=45 mm and Ly=45 mm, and two cells are provided in each of the x direction and the y direction. This is an example of fabricating a solar cell module in the same manner as in Example 1, except that the solar cells are arranged side by side.
実施例6及び7に基づくと、伸縮性電極の破断伸縮率が50%以上であると、太陽電池モジュールの伸び率を5%以上とすることができる。
実施例2~7に基づくと、伸縮性電極の破断伸縮率が50%あると、太陽電池モジュールの伸び率を5%~40%とすることができる。
実施例3~7に基づくと、伸縮性電極の破断伸縮率が50%あると、太陽電池モジュールの伸び率が5%以上で、かつ、単位面積当たりの発電量を50μW/mm2以上とすることができる。
実施例3~7に基づくと、伸縮性電極の破断伸縮率が50%あると、セル面積比率を10%以上にすると、太陽電池モジュールの伸び率が5%以上で、かつ、単位面積当たりの発電量を50μW/mm2以上とすることができる。
Based on Examples 6 and 7, if the elastic electrode has a breaking elongation ratio of 50% or more, the elongation ratio of the solar cell module can be 5% or more.
Based on Examples 2 to 7, if the elastic electrode has a breaking elongation ratio of 50%, the elongation ratio of the solar cell module can be 5% to 40%.
Based on Examples 3 to 7, when the elastic electrode has a breaking expansion ratio of 50%, the elongation ratio of the solar cell module is 5% or more, and the power generation amount per unit area is 50 μW/mm 2 or more. be able to.
Based on Examples 3 to 7, when the breaking expansion ratio of the stretchable electrode is 50%, when the cell area ratio is 10% or more, the elongation ratio of the solar cell module is 5% or more, and the per unit area The power generation amount can be 50 μW/mm 2 or more.
太陽電池セルが占める面積(セル面積比率)が高くなるほど、単位面積当たりの発電量が高くなるが、その一方で伸縮率は低下する。本発明の太陽電池モジュールでは、発電量と伸縮率がトレードオフの関係になる。 As the area occupied by the photovoltaic cells (cell area ratio) increases, the amount of power generated per unit area increases, but on the other hand, the expansion ratio decreases. In the solar cell module of the present invention, there is a trade-off relationship between the power generation amount and the expansion ratio.
太陽電池モジュールのセル面積比率が同じであっても、太陽電池モジュールがより小さい太陽電池セルで構成されている場合にはそれよりも大きい太陽電池セルで構成されている場合に比べて屈曲部密度が高くなるため、より細かな伸縮に応答できる。
x方向及びy方向の屈曲部密度は実施例1~7で以下の通りである。
Even if the cell area ratio of the solar cell module is the same, when the solar cell module is composed of smaller solar cells, the bending portion density is higher than when the solar cell module is composed of larger solar cells. becomes higher, it can respond to finer expansion and contraction.
The bend densities in the x and y directions are as follows for Examples 1-7.
10、10A 伸縮性樹脂基材
20、20A、21 太陽電池セル
25 第1導電用電極
26 第2導電用電極
30、30AA 伸縮性電極
40、40A 伸縮性導電接着剤
50 封止層
100、200、300、100A 太陽電池モジュール
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記伸縮性樹脂基材上に、伸び率が1%以下の複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルを電気的に接続させるようなパターンで形成された伸縮性電極と、を備える、太陽電池モジュール。 a stretchable resin substrate;
A plurality of solar cells having an elongation rate of 1% or less and stretchable electrodes formed in a pattern that electrically connects the plurality of solar cells are provided on the stretchable resin base material. solar module.
前記伸縮性樹脂基材上に、伸び率が1%以下の太陽電池セルと、前記太陽電池セルに接続された伸縮性電極と、を備える、太陽電池モジュール。
a stretchable resin substrate;
A solar cell module comprising a solar cell having an elongation rate of 1% or less and a stretchable electrode connected to the solar cell on the stretchable resin substrate.
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