JP2756082B2 - 太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

太陽電池モジュールの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池モジュールに
係わり、特に、導電性基体上に光変換部材としての半導
体光活性層と透明導電層とが形成された光起電力素子よ
り構成される太陽電池モジュールにおける表面被覆材の
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境問題に対する意識の高まり
が、世界的に広がりを見せている。中でも、ＣＯ2排出
に伴う地球の温暖化現象に対する危惧感は深刻で、クリ
ーンなエネルギーへの希求はますます強まってきてい
る。太陽電池は現在のところ、その安全性と扱いやすさ
から、クリーンなエネルギー源として期待の持てるもの
といえる。
【０００３】この種の太陽電池には様々な形態がある。
代表的なものとしては、結晶シリコン太陽電池、多結晶
シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、銅
インジウムセレナイド太陽電池、化合物半導体太陽電池
などが知られている。これらの太陽電池の内、薄膜結晶
シリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池及びアモルフ
ァスシリコン太陽電池などは、比較的低コストで大面積
化が可能なため、最近では各方面で活発に研究開発が進
められている。
【０００４】更に、これらの太陽電池の中でも、導体金
属基板上にシリコンを堆積し、その上に透明導電層を形
成したアモルファスシリコン太陽電池を代表とする薄膜
太陽電池は、軽量でかつ耐衝撃性、フレキシブル性に富
んでいるので、将来のモジュール形態として有望視され
ている。但し、ガラス基板上にシリコンを堆積する構成
とする場合と異なり、光入射側表面を透明な被覆材で覆
い、太陽電池を保護する必要がある。従来は、この表面
被覆材として、最表面にフッ素樹脂フィルムやフッ素樹
脂塗料などの透明なフッ化物重合体薄膜を、またその内
側には種々の熱可塑性あるいは熱硬化性透明有機樹脂を
用いる構成が採られてきた。ここで、最表面に設けたフ
ッ化物重合体は、耐候性・撥水性に富んでいる。従っ
て、樹脂の劣化による黄変・白濁あるいは表面の汚れに
よる光透過率の減少に起因する太陽電池モジュールの変
換効率の低下を少なくすることができるものである。ま
たフッ化物重合体薄膜の内側に設けた熱可塑性・熱硬化
性透明樹脂は、安価であり内部の光起電力素子を保護す
るための充填材として大量に用いることができるもので
ある。
【０００５】図４に、このような太陽電池モジュールの
従来例を示した。この太陽電池モジュールは、表面フィ
ルムとしてのフッ化物重合体薄膜層４０３、熱可塑性透
明有機樹脂４０２、光起電力素子４０１、絶縁体層４０
４から構成される。この従来例では、光受光面の有機樹
脂と同じものを裏面にも用いている。ここで、より具体
的には、フッ化物重合体薄膜層４０３は、ＥＴＦＥ（エ
チレン−テトラフルオロエチレン共重合体）フィルム、
ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）フィルム、ＰＶＤＦ（ポリ
フッ化ビニリデン）フィルムなどのフッ素樹脂フィルム
である。熱可塑性透明有機樹脂４０２は、ＥＶＡ（エチ
レン−酢酸ビニル共重合体）、ブチラール樹脂などであ
る。また絶縁体層４０４には、ナイロンフィルム、アル
ミラミネートテドラーフィルムをはじめとする種々の有
機樹脂フィルムが用いられる。更に、この従来例におい
て、熱可塑性透明有機樹脂４０２は、光起電力素子４０
１とフッ化物重合体薄膜層４０３及び絶縁体層４０４と
の接着剤としての役割と、外部からの引っかきや衝撃か
ら太陽電池を保護する充填材の役割を果たしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記表
面被覆材構成を有する太陽電池モジュールでは、透明有
機樹脂の耐候（光）性がとりわけ優れておらず、例えば
２０年の長期間の屋外暴露によって紫外線による樹脂の
部分的なゲル化で白濁が起きたり、紫外線によるラジカ
ル種の生成に起因する化学結合中の共役二重結合の増加
によって樹脂に黄変が生じてしまう。そしてこれが原因
で起こる樹脂の光透過率の減少にともない太陽電池モジ
ュールの変換効率が低下するという問題がある。
【０００７】上記の問題は、太陽電池モジュールの温度
がより高温となる屋根材一体の用途ではより顕著な問題
となる。例えば、充填材がＥＶＡなどの場合には、８０
度以上のモジュール使用条件下での黄変がより促進され
ることが知られている。また、充填材としての熱可塑性
透明有機樹脂の劣化は光透過率の低下だけにとどまら
ず、ゴム弾性の喪失や接着性の低下としても現れる。そ
してゴム弾性が失われると、急激な温度変化に伴う光起
電力素子の膨張・収縮や外力による太陽電池モジュール
の変形による応力を吸収することができず、光起電力素
子の破損、あるいは充填材の素子からの剥離を招く恐れ
があった。また接着性の低下により、温度変化や湿度の
侵入によって充填材と光起電力素子、あるいは充填材と
表面フィルムとの剥離が発生していた。
【０００８】そして、耐候（光）性を高い水準で確保で
きる有機材料による表面被覆材は知られていないのが実
状である。
【０００９】ところで、上記の問題を解決するために、
従来から紫外線遮断フィルムを最表面に設けることが提
案されていた。このような紫外線遮断フィルムとして
は、具体的には、紫外線吸収剤を含有したアクリルフィ
ルムやポリカーボネートフィルムが用いられる。しかし
ながら、これらのフィルムは、樹脂本来の耐光性がとり
わけ優れていないために、下の樹脂層を保護できたとし
ても自分自身が黄変や失透し、太陽電池の被覆材として
は十分なものとは言い難い。
【００１０】そこで、本質的に耐光性に優れるフッ素樹
脂に紫外線吸収剤を添加してフィルムに成形することに
より、耐光性に優れた紫外線遮断フィルムとすることが
考えられる。実際に、デュポン社がテドラーの商品名で
紫外線吸収剤を含有するポリフッ化ビニルフィルムを、
またアトケム社がカイナーの商品名でポリフッ化ビニリ
デンフィルムを、それぞれ販売している。ところが、こ
れらは両者とも結晶性が高い樹脂のために、透明性が悪
く、太陽電池モジュールの表面被覆材として用いた場合
には光量損失による変換効率の低下が避け難いものとな
っていた。更に、ポリフッ化ビニルはその熱変形温度が
他のフッ素樹脂に比べて低いために、屋根材一体型太陽
電池モジュールのように高温条件下で使用される場合に
は、表面材の変形や機械的強度の低下の恐れがあった。
【００１１】本発明は、上記の課題を解決するために、
充填材に用いられる有機樹脂の紫外線による黄変や白濁
などの性能劣化を防ぎ、光量損失による光起電力素子の
長期的な性能劣化を最小限に抑えるとともに、充填材に
おける太陽電池素子の保護に必要なゴム弾性や光起電力
素子や表面フィルムへの接着性を長期にわたり維持でき
る、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することを
目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような構
成とすることで、所期の目的を達成できることを見いだ
した。即ち本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、
光起電力素子の光入射側表面に設けられる被覆材が、有
機樹脂よりなる充填材と、フッ素樹脂よりなる表面フィ
ルムとの少なくとも２層以上から構成される太陽電池モ
ジュールの製造方法において、フッ素樹脂をフィルムと
して成形した後にこのフィルムに紫外線吸収剤を添加し
て紫外線吸収剤含有フィルムとし、次に、紫外線吸収剤
を含有する充填材及び前記紫外線吸収剤含有フィルムを
光起電力素子の光入射側表面に設けることを特徴とす
る。
【００１３】前記表面フィルムにおけるフッ素含有量
は、４０乃至６０重量％であることが好ましい。また前
記表面フィルムの光透過率が３００乃至３５０ｎｍの波
長で５０％以下、４００乃至１０００ｎｍの波長で９０
％以上になるように前記紫外線吸収剤が添加されている
ことが望ましい。更に、前記充填材に紫外線吸収剤を含
有する構成としても良い、また前記表面フィルムの４．
６ｋｇ／ｃｍ2圧力下における熱変形温度を７０℃以上
とする構成としても良い。
【００１４】
【作用】本発明の太陽電池モジュールでは、表面フィル
ムに紫外線吸収剤を含有したので、表面フィルムが充填
材樹脂の劣化の原因となる紫外線を吸収できる。そして
このため、充填材の黄変や白濁が抑制され、長期間の屋
外環境下においても被覆材の着色による光量損失がな
く、性能の低下を最小限に抑えることができる。また、
機械的強度や接着性においても、充填材の初期の性能を
長期にわたり維持できるため、信頼性の高い表面被覆を
備えた太陽電池モジュールとできる。そしてこのように
耐候（光）性・耐熱性に富んだ紫外線遮断用のフィルム
を太陽電池モジュールの最表面に設けることで、その下
に設けられる有機樹脂層からなる充填材を、紫外線を原
因とする劣化から守ることができる。
【００１５】また、表面フィルムにおけるフッ素含有量
を４０乃至６０重量％とした場合には、表面フィルムに
フッ素樹脂が本来持つ耐候性・耐汚染性・耐熱性を持た
せつつ紫外線遮断機能を付与することができる。従っ
て、表面フィルム自体の信頼性を確保しながら、しかも
充填材にとって有害な紫外線を効果的に除去できる。
【００１６】更に、表面フィルムにおける光透過率を上
記の値とした場合には、紫外線を選択的に吸収して紫外
線遮蔽フィルムとして有効に機能させることができる。
【００１７】また、充填材に紫外線吸収剤を含有する構
成とした場合には、充填材の耐候性を更に改良でき、ま
た充填材下層の保護を図ることができる。
【００１８】更に、表面フィルムとして、４．６ｋｇ／
ｃｍ2圧力下における熱変形温度が７０℃以上のものを
用いた場合には、高温使用下においても被覆材の変形が
なく、表面の機械的強度の低下がなくて、耐熱性がより
優れた太陽電池モジュールとできる。
【００１９】
【実施態様例】図１に本発明の太陽電池モジュールの概
略構成を示す。この太陽電池モジュールは、光起電力素
子１０１、表面充填材１０２、表面フィルム１０３、裏
面充填材１０４、裏面被覆フィルム１０５から構成され
る。ここで、外部からの光は、表面フィルム１０３から
入射し、光起電力素子１０１に到達する。そして、光起
電力素子１０１で生じた起電力は、出力端子（不図示）
より外部に取り出される。
【００２０】上記の光起電力素子は、少なくとも導電性
基体上に、光変換部材としての半導体光活性層が形成さ
れたものである。その一例としての概略構成を図２に示
した。この光起電力素子２００は、導電性基体２０１、
裏面反射層２０２、半導体光活性層２０３、透明導電層
２０４、集電電極２０５から構成される。
【００２１】導電性基体２０１は、光起電力素子の基体
になると同時に、下部電極の役割も果たす。その材料と
しては、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステ
ン、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボン
シート、鉛メッキ鋼板、導電層が形成してある樹脂フィ
ルムやセラミックスなどがある。また導電性基体２０１
上には、裏面反射層２０２として、金属層、あるいは金
属酸化物層、あるいは金属層と金属酸化物層を形成して
も良い。この金属層には、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉなどが用いられる、また上記の金
属酸化物層には、例えば、ＺｎＯ，ＴｉＯ2，ＳｎＯ2な
どが用いられる。上記金属層及び金属酸化物層の形成方
法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパ
ッタリング法などがある。
【００２２】半導体光活性層２０３は、光電変換を行う
部分でる。その具体的な材料としては、ｐｎ接合型多結
晶シリコン、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコン、ある
いはＣｕＩｎＳｅ2，ＣｕＩｎＳ2，ＧａＡｓ，ＣｄＳ／
Ｃｕ2Ｓ，ＣｄＳ／ＣｄＴｅ，ＣｄＳ／ＩｎＰ，ＣｄＴ
ｅ／Ｃｕ2Ｔｅをはじめとする化合物半導体などが挙げ
られる。また半導体光活性層の形成方法としては、多結
晶シリコンの場合は溶融シリコンのシート化または非晶
質シリコンの熱処理、またアモルファスシリコンの場合
はシランガスなどを原料とするプラズマＣＶＤ、更に化
合物半導体の場合はイオンプレーティング、イオンビー
ムデポジション、真空蒸着法、スパッタ法、あるいは電
析法などがある。
【００２３】透明導電層２０４は太陽電池の上部電極の
役目を果たしている。これに用いる材料としては、例え
ば、Ｉｎ2Ｏ3，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴ
Ｏ），ＺｎＯ，ＴｉＯ2，Ｃｄ2ＳｎＯ4，高濃度不純物
ドープした結晶性半導体層などが挙げられる。また透明
導電層２０４の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、スパ
ッタ法、スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散法などが挙
げられる。
【００２４】透明導電層２０４の上には、電流を効率よ
く集電するために、格子状の集電電極２０５（グリッ
ド）を設けてもよい。集電電極２０５の具体的な材料と
しては、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎ、あるいは銀ペーストをはじめとする
導電性ペーストなどが挙げられる。また集電電極２０５
の形成方法としては、マスクパターンを用いたスパッタ
リング、抵抗加熱、ＣＶＤ法や、全面に金属膜を蒸着し
た後で不必要な部分をエッチングで取り除きパターニン
グする方法、光ＣＶＤにより直接グリッド電極パターン
を形成する方法、グリッド電極パターンのネガパターン
のマスクを形成した後にメッキする方法、導電性ペース
トを印刷する方法などが挙げられる。
【００２５】上記の導電性ペーストは、通常微粉末状の
銀、金、銅、ニッケル、カーボンなどをバインダーポリ
マーに分散させたものが用いられる。バインダーポリマ
ーとしては、例えば、ポリエステル、エポキシ、アクリ
ル、アルキド、ポリビニルアセテート、ゴム、ウレタ
ン、フエノールなどの樹脂が挙げられる。
【００２６】最後に起電力を取り出すために、マイナス
側出力端子２０６ｂを導電性基体２０１に、またプラス
側出力端子２０６ａを集電電極２０５にそれぞれ取り付
ける。マイナス側出力端子２０６ｂの導電性基体２０１
への取り付けは、銅タブなどの金属体をスポット溶接や
半田２０８で接合する方法が採られる。またプラス側出
力端子２０６ａの集電電極２０５への取り付けは、金属
体を導電性ペーストや半田によって電気的に接続する方
法が採られる。なお、プラス側出力端子２０６ａは絶縁
体２０９によって導電性基体２０１などと絶縁されてい
る。
【００２７】そして、上記の手法で作製した光起電力素
子は、所望する電圧あるいは電流に応じて直列ないし並
列に接続される。この場合、絶縁化した基板上に光起電
力素子を集積化して所望の電圧あるいは電流を得ること
もできる。
【００２８】一方、裏面被覆フィルム１０５は、光起電
力素子１０１の導電性基板と外部との電気的絶縁を保つ
ために必要である。その材料としては、導電性基板と充
分な電気絶縁性を確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱
膨張、熱収縮に耐えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が
好ましい。裏面被覆フィルム１０５に好適に用いられる
フィルムとして、ナイロン、ポリエチレンテレフタレー
トなどが挙げられる。
【００２９】裏面充填材１０４は、光起電力素子１０１
と裏面被覆フィルム１０５との接着を図るためのもので
ある。その材料としては、導電性基板と充分な接着性を
確保でき、しかも長期耐久性に優れ熱膨張、熱収縮に耐
えられる、柔軟性を兼ね備えた材料が好ましい。裏面充
填材１０４に好適に用いられる材料としては、ＥＶＡ、
ポリビニルブチラールなどのホットメルト材、両面テー
プ、柔軟性を有するエポキシ接着剤などが挙げられる。
また太陽電池モジュールが高温で使用される場合、例え
ば屋根材一体型などでは、高温下での接着を確実にする
ために、架橋することがより好ましい。ＥＶＡなどの架
橋法としては、例えば有機過酸化物を用いる方法が、一
般的に用いられる。
【００３０】裏面被覆フィルム１０４の外側には、太陽
電池モジュールの機械的強度を増すため、あるいは温度
変化による歪やソリを防止するために、補強板１０６を
張り付けても良い。補強板１０６としては、例えば、鋼
板、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチ
ック）板が好適に用いられる。
【００３１】次に、本発明に用いられる表面フィルム１
０３及び表面充填材１０２について以下に詳しく説明す
る。
【００３２】表面充填材１０２は、光起電力素子の凹凸
を樹脂で被覆し、素子を温度変化、湿度、衝撃などの過
酷な外部環境から守り、かつ表面フィルムと素子との接
着を確保するために必要である。従って、表面充填材１
０２には、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、
耐衝撃性などが要求される。これらの要求を満たす樹脂
としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、
エチレン−アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチ
レン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、ブチラー
ル樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、あ
るいはシリコーン樹脂などが挙げられる。
【００３３】これらの中でも特にＥＶＡは、太陽電池用
途としてバランスのとれた物性を有しており、好んで用
いられる。但し、そのままでは熱変形温度が低いため
に、高温使用下で容易に変形やクリープを呈するため
に、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。この
ような架橋は、ＥＶＡの場合には有機過酸化物により行
うのが一般的である。よって次に、充填材を架橋するた
めの有機過酸化物について詳しく説明する。
【００３４】有機過酸化物による架橋は、有機過酸化物
から発生する遊離ラジカルが樹脂中の水素やハロゲン原
子を引き抜いてＣ−Ｃ結合を形成することによって行わ
れる。有機過酸化物の活性化方法には、熱分解、レドッ
クス分解およびイオン分解が知られている。一般には熱
分解法が好んで行われている。
【００３５】上記の有機過酸化物は、化学構造では、ヒ
ドロペルオキシド、ジアルキル（アリル）ペルオキシ
ド、ジアシルペルオキシド、ペルオキシケタール、ペル
オキシエステル、ペルオキシカルボネートおよびケトン
ペルオキシドに大別される。
【００３６】ヒドロペルオキドとしては、ｔ−ブチルペ
ルオキド、１，１，３，３−テトラメチルブチルペルオ
キシド、ｐ−メンタンヒドロペルオキシド、クメンヒド
ロペルオキシド、ｐ−サイメンヒドロペルオキシド、ジ
イソプロピルベンゼンペルオキド、２，５−ジメチルヘ
キサン−２，５−ジジヒドロペルオキシド、シクロヘキ
サンペルオキシド、３，３，５−トリメチルヘキサノン
ペルオキシドなどが挙げられる。
【００３７】ジアルキル（アリル）ペルオキシドとして
は、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、ジクミルペルオキ
ド、ｔ−ブチルクミルペルオキドなどが挙げられる。
【００３８】ジアシルペルオキシドとしては、ジアセチ
ルペルオキシド、ジプロピオニルペルオキシド、ジイソ
ブチリルペルオキシド、ジオクタノイルペルオキシド、
ジデカノイルペルオキシド、ジラウロイルペルオキシ
ド、ビス（３，３，５−トリメチルヘキサノイル）ペル
オキシド、ベンゾイルペルオキシド、ｍ−トルイルペル
オキシド、ｐ−クロロベンゾイルペルオキシド、２，４
ジクロロベンゾイルペルオキシド、ペルオキシこはく酸
などが挙げられる。
【００３９】ペルオキシケタールとしては、２，２−ジ
−ｔ−ブチルペルオキシブタン、１，１−ジ−ｔ−ブチ
ルペルオキシシクロヘキサン、１，１−ジ−（ｔ−ブチ
ルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサ
ン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオ
キシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−
ブチルペルオキシ）ヘキシン−３、１，３−ジ（ｔ−ブ
チルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメ
チル−２，５−ジベンゾイルペルオキシヘキサン、２，
５−ジメチル−２，５−ジ（ペルオキシベンゾイル）ヘ
キシン−３、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルペ
ルオキシ）バレレートなどが挙げられる。
【００４０】ペルオキシエステルとしては、ｔ−ブチル
ペルオキシアセテート、ｔ−ブチルペルオキシイソブチ
レート、ｔ−ブチルペルオキシビバレート、ｔ−ブチル
ペルオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルペルオキシ−
３，３，５−トリメチルヘサノエート、ｔ−ブチルペル
オキシ−２−エチルヘキサノエート、（１，１，３，３
−テトラメチルブチルペルオキシ）２−エチルヘキサノ
エート、ｔ−ブチルペルオキシラウレート、ｔ−ブチル
ペルオキシベンゾエート、ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）
アジペート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ペルオキ
シ−２−エチルヘキサノイル）ヘキサン、ジ（ｔ−ブチ
ルペルオキシ）イソフタレート、ｔ−ブチルペルオキシ
マレート、アセチルシクロヘキシルスルフォニルペルオ
キシドなどが挙げられる。
【００４１】ペルオキシカルボナートとしては、ｔ−ブ
チルペルオキシイソプロピルカルボナート、ジ−ｎ−プ
ロピルペルオキシジカルボナート、ジ−ｓｅｃ−ブチル
ペルオキシジカルボナート、ジ（イソプロピルペルオキ
シ）ジカルボナート、ジ（２−エチルヘキシルペルオキ
シ）ジカルボナート、ジ（２−エトキシエチルペルオキ
シ）ジカルボナート、ジ（メトキシイドプロピルペルオ
キシ）カルボナート、ジ（３−メトキシブチルペルオキ
シ）ジカルボナート、ビス−（４−ｔ−ブチルシクロヘ
キシルペルオキシ）ジカルボナートなどが挙げられる。
【００４２】ケトンペルオキシドとしては、アセチルア
セトンペルオキド、メチルエチルケトンペルオキシド、
メチルイソブチルケトンペルオキド、ケトンペルオキシ
ドなどが挙げられる。
【００４３】その他の構造では、ビニルトリス（ｔ−ブ
チルペルオキシ）シランなども知られている。
【００４４】上記有機過酸化物の添加量は、充填材樹脂
１００重量部に対して０．５乃至５重量部である。また
上記有機過酸化物を充填材に併用し、加圧加熱しながら
架橋および熱圧着を行うことが可能である。加熱温度な
らびに時間は、各々の有機過酸化物の熱分解温度特性で
決定できる。一般には、熱分解が９０％より好ましくは
９５％以上進行する温度と時間をもって加熱加圧を終了
する。
【００４５】上記の架橋反応を効率良く行うためには、
架橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート（ＴＡ
ＩＣ）を用いることが望ましい。架橋助剤は、一般に
は、充填材樹脂１００重量部に対して１乃至５重量部の
添加量が用いられる。
【００４６】本発明に用いられる充填材の材料は耐候性
において優れたものであるが、更なる耐候性の改良、あ
るいは、充填材下層の保護のために、紫外線吸収剤を併
用することもできる。紫外線吸収剤としては、公知の化
合物が用いられるが、太陽電池モジュールの使用環境を
考慮して、低揮発性の紫外線吸収剤を用いることが好ま
しい。紫外線吸収剤の他に光安定化剤も同時に添加すれ
ば、光に対してより安定な充填材となる。さらに、耐熱
性・熱加工性改善のために酸化防止剤を添加することも
可能である。
【００４７】より厳しい環境下で太陽電池モジュールの
使用が想定される場合には、充填材と光起電力素子ある
いは表面フィルムとの密着力を向上することが好まし
い。シランカップリング剤や有機チタネート化合物など
のカップリング剤を充填材に添加することで上記の密着
力を改善することが可能である。カップリング剤の添加
量は、充填材樹脂１００重量部に対して０．１乃至３重
量部が好ましく、０．２５乃至１重量部がより好まし
い。またシランカップリング剤の具体例としては、ビニ
ルトリクロルシラン、ビニルトリス（βメトキシエトキ
シ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメ
トキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキ
シシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エ
チルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチ
ル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−
アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ
−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプト
プロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリ
メトキシシランなどが挙げられる。
【００４８】本発明で用いられる表面フィルム１０３
は、太陽電池モジュールの最表層に位置するため、耐候
性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性、機械強度をは
じめとして太陽電池モジュールの表面被覆材としての性
能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持す
る必要がある。更に、太陽電池モジュールが高温環境下
で使用されることを考慮して、表面フィルムの４．６ｋ
ｇ／ｃｍ2圧力下における熱変形温度が７０℃以上であ
ることが好ましい。このような要求に答えられるものと
して、本発明において表面フィルム１０３として好適に
用いられる材料としては、エチレン−四フッ化エチレン
共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂
（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−三フッ化塩化エチレン共重
合体（ＥＣＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化
エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）など
の高透明フッ素樹脂などがある。
【００４９】これらのフッ素樹脂フィルムには、紫外線
遮蔽機能を持たせるために従来公知の紫外線吸収剤を添
加する。紫外線吸収剤として具体的には、ベンゾフェノ
ン系やベンゾトリアゾール系の種々の芳香族系有機化合
物が挙げられる。ベンゾフェノン系では、２，４−ジヒ
ドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキ
シベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−オクトキシベ
ンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ドデシルオキシベ
ンゾフェノン、２，２’−ジヒドロキシ−４−メトキシ
ベンゾフェノン、２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−
ジメトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メト
キシ−５−スルホベンゾフェノン、ビス（２−メトキシ
−４−ヒドロキシ−５−ベンゾフェノン）メタンなどが
挙げられる。またベンゾトリアゾール系としては、２−
（２′−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾト
リアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−５’−ｔｅｒｔ
−ブチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−
ヒドロキシ−３’，５’−ジ・ｔｅｒｔ−ブチルフェニ
ル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−
３’−ｔｅｒｔ−ブチル−５−メチルフェニル）−５−
クロロベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−
３’，５’−ジ・ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−ク
ロロベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−
３’，５’−ジ・ｔｅｒｔ−アミルルフェニル）ベンゾ
トリアゾール、２−｛２’−ヒドロキシ−３’−
（３”，４”，５”，６”−テトラヒドロフタルイミド
メチル）−５’−メチルフェニル｝ベンゾトリアゾー
ル、２，２−メチレンビス｛４−（１，１，３，３−テ
トラメチルブチル）−６−（２Ｈ−ベンゾトリアゾール
−２−イル）フェノール｝などが挙げられる。
【００５０】本発明においては、紫外線吸収剤の分子量
は３００以上であることが望ましい。紫外線吸収剤が低
分子量であると、高温に晒されると表面フィルム中から
容易に揮発してしまうからである。
【００５１】紫外線吸収剤の添加方法としては、紫外線
吸収剤を溶解した有機溶剤にフッ素樹脂フィルムを浸漬
して含有させる染色法、あるいは紫外線吸収剤の蒸気に
フッ素樹脂フィルムを晒して含浸させる熱拡散法などが
用いられる。紫外線吸収剤はこのようにフィルムとして
成形した後に添加する。これは、通常ポリフッ化ビニル
などで行われている潜在性溶媒を利用して樹脂と紫外線
吸収剤を溶媒に溶解してフィルム化する方法は、上記樹
脂が溶媒に不溶のため不可能であるし、またフッ素樹脂
を紫外線吸収剤とともに溶融させて押し出し成形するた
めには２００℃以上に加熱しなければならず、紫外線吸
収剤の分解を避けることができないからである。
【００５２】紫外線吸収剤の添加量は、フッ素樹脂に相
溶しうる範囲内であれば特に限定はされないが、紫外線
を選択的に吸収して紫外線遮蔽フィルムとして機能させ
るために、１ｍｍの厚さ換算でのフッ素樹脂フィルム単
独の空気をリファレンスとする光透過率が、３００乃至
３５０ｎｍの波長で８０％以下、４００乃至１０００ｎ
ｍの波長で９０％以上になるように紫外線吸収剤を添加
することが好ましい。更には、３００乃至３５０ｎｍの
波長で５０％以下、４００乃至１０００ｎｍの波長で９
０％以上になるように紫外線吸収剤を添加することがよ
り好ましい。
【００５３】表面フィルムの厚さは、機械的強度の確保
のためにある程度厚くなければならず、またコストの観
点からはあまり厚すぎるのにも問題があり、具体的に
は、１０乃至２００μｍが好ましく、より好適には３０
乃至１００μｍである。また表面フィルムには、充填材
との接着性の改良のために、コロナ処理、プラズマ処理
を表面フィルムに行うことが望ましい。
【００５４】以上述べた光起電力素子、充填材、表面フ
ィルムを用いて太陽電池モジュールとする方法を次に説
明する。
【００５５】充填材１０２で光起電力素子受光面を被覆
するには、シート状に成型した充填材を作製し、これを
素子上に加熱圧着する方法が一般的である。即ち、光起
電力素子１０１と表面フィルム１０３の間に充填材シー
トを挿入して加熱圧着することにより、太陽電池モジュ
ールとすることができる。なお、圧着時の加熱温度及び
加熱時間は、架橋反応が十分に進行する温度・時間でな
ければならない。また加熱圧着の方法としては、従来公
知である真空ラミネーション、ロールラミネーションな
どを種々選択して用いることができる。
【００５６】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００５７】（実施例１） （光起電力素子）まず、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）太陽電池（光起電力素子）を製作した。作製手順を
図２を用いて説明する。
【００５８】洗浄したステンレス基板（導電性基体２０
１）上に、スパッタ法で裏面反射層２０２としてＡｌ層
（膜厚５０００Å）とＺｎＯ層（膜厚５０００Å）を順
次形成した。次いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ
4とＰＨ3とＨ2の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、Ｓｉ
Ｈ4とＨ2の混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4と
ＢＦ3とＨ2の混合ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層をそ
れぞれ形成し、ｎ層膜厚１５０Å／ｉ層膜厚４０００Å
／ｐ層膜厚１００Å／ｎ層膜厚１００Å／ｉ層膜厚８０
０Å／ｐ層膜厚１００Åの層構成の、タンデム型ａ−Ｓ
ｉ光電変換半導体層（半導体光活性層２０３）を形成し
た。
【００５９】次に、透明導電層２０４として、Ｉｎ2Ｏ3
薄膜（膜厚７００Å）を、Ｏ2雰囲気下でＩｎを抵抗加
熱法で蒸着して形成した。更に、集電用のグリッド電極
（集電電極２０５）を銀ペーストのスクリーン印刷によ
り形成し、最後にマイナス側端子２０６ｂとして銅タブ
をステンレス基板にステンレス半田（半田２０８）を用
いて取り付けた。またプラス側端子２０６ａとしては錫
箔のテープを導電性接着剤２０７により集電電極２０５
に取り付け出力端子とし、光起電力素子を得た。
【００６０】この光起電力素子に被覆を施して太陽電池
モジュールとする過程を、図３を用いて説明する。
【００６１】（表面フィルム）一軸延伸のＥＴＦＥフィ
ルム（デュポン社製、商品名 テフゼルＴ２フィルム、
厚さ３８μｍ）をベンゾフェノン系紫外線吸収剤である
２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン
（アメリカンサイアナミッド社製、商品名 サイアソー
プＵＶ−５３１）の１０％キシレン溶液に浸漬し、これ
を１００℃で１時間加熱した後、表面をキシレンで洗浄
して８０℃のオーブンで３０分乾燥した。この浸漬・加
熱・乾燥という操作を３回行うことにより、紫外線吸収
剤を含有するＥＴＦＥフィルムを得、更に、充填材との
接着性を向上させるために、片面にコロナ放電処理を施
して、表面フィルムとした。
【００６２】この表面フィルムの光透過率を紫外・可視
分光光度計（日立製作所製、形式名Ｕ−４０００）を用
いて測定したところ、空気をリファレンスとする１ｍｍ
厚換算での値は３００乃至３５０ｎｍの波長で３０％以
下、４００乃至１０００ｎｍの波長で９２％以上であっ
た。
【００６３】（モジュール化）光起電力素子３０１の受
光面側に表面充填材３０２ａとしてのＥＶＡシート（モ
ーベイ社製、厚さ４６０μｍ）と上記で作製した紫外線
吸収剤含有の表面フィルム３０３としてのＥＴＦＥフィ
ルムを、また裏側には裏面充填材３０２ｂとしてのＥＶ
Ａシート（モーベイ社製、厚さ４６０μｍ）と裏面フィ
ルム３０３としてのナイロンフィルム（デュポン社製、
商品名 ダーテック、厚さ６３．５μｍ）と補強板３０
４としてのガルバリウム鋼板（亜鉛メッキ鋼板）を設
け、ＥＴＦＥ（表面フィルム３０３）／ＥＶＡ（表面充
填材３０２ａ）／光起電力素子３０１／ＥＶＡ（裏面充
填材３０２ｂ）／ナイロン（表面フィルム３０３）／Ｅ
ＶＡ（裏面充填材３０２ｂ）／鋼板（補強板３０６）の
順に重ねた。そしてこれを、真空ラミネート装置を用い
て加圧脱気しながら１５０℃で３０分加熱することによ
り、太陽電池モジュールを得た。なお、出力端子はあら
かじめ光起電力素子裏面にまわしておき、ラミネート
後、ガルバリウム鋼板に予め開けておいた端子取り出し
口から出力が取り出せるようにした。
【００６４】上記方法にて作製した太陽電池モジュール
について後述する項目について評価を行った。
【００６５】（実施例２）実施例１のＥＴＦＥフィルム
に代えて、ＰＣＴＦＥフィルム（ダイキン工業社製、商
品名 ネオフロンＣＴＦＥ、厚さ５０μｍ）を用いた以
外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを作製
した。
【００６６】（実施例３）実施例１において紫外線吸収
剤である２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフ
ェノンに代えて、ベンゾトリアゾール系である２−（２
−ヒドロキシ−５−ｔ−オクチルフェニル）−ベンゾト
リアゾール（アメリカンサイアナミッド社製、商品名
サイアソープＵＶ−５４１１）を用いた以外は、実施例
１と同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００６７】（比較例１）実施例１においてＥＴＦＥフ
ィルムに紫外線吸収剤を含有させなかった以外は、実施
例１と全く同様にして太陽電池モジュールを作製した。
【００６８】（比較例２）実施例２においてＰＣＴＦＥ
フィルムに紫外線吸収剤を含有させなかった以外は、実
施例２と全く同様にして太陽電池モジュールを作製し
た。
【００６９】（比較例３）表面フィルムとして市販され
ている紫外線吸収剤添加ポリフッ化ビニルフィルム（デ
ュポン社製、商品名 テドラー、厚さ５０μｍ）を用い
た以外は、実施例１と同様にして太陽電池モジュールを
作製した。
【００７０】以上の実施例１〜３及び比較例１〜３の太
陽電池モジュールについて、下記項目の評価を行った。
結果を表１に示す。
【００７１】（１）変換効率 モジュールの変換効率をＡＭ１．５の光源を使用して求
めた。なお、比較例１の効率を１として相対値で評価し
た。
【００７２】（２）耐光性 超エネルギー照射試験機に太陽電池モジュールを投入
し、メタルハライドランプによる１００ｍＷ／ｃｍ2の
強度での３００ｎｍ〜４００ｎｍの波長域の紫外線の照
射と結露を繰り返すデューサイクル試験を行い、２００
０時間後の外観上の変化を観察した。さらに、試験後の
変換効率を（１）と同様に求め、試験前の効率を１とし
た相対値で評価した。
【００７３】（３）耐候性 サンシャインウェザオメーターに太陽電池モジュールを
投入し、キセノンランプによる光照射と降雨サイクルに
よって促進耐候性試験を行い、５０００時間後の外観上
の変化を観察した。
【００７４】（４）耐熱性 太陽電池モジュールを１５０℃の雰囲気中に２４時間放
置し、外観上の変化を観察した。
【００７５】（５）温度サイクル −４０℃／１時間、９０℃／１時間の温度サイクル試験
を５０サイクル行い、試験後の太陽電池モジュールの外
観上の変化を観察した。
【００７６】（６）温湿度サイクル −４０℃／１時間、８５℃／８５％ＲＨ／４時間の温湿
度サイクル試験を２０サイクル行い、試験後の太陽電池
モジュールの外観上の変化を観察した。
【００７７】
【表１】
【００７８】表１から明らかなように、紫外線吸収剤を
添加したフッ素樹脂フィルムを表面に配した太陽電池モ
ジュールは、耐光性試験あるいは耐候性試験において樹
脂の黄変、白濁や変形が全く認められず、耐候（光）性
に極めて優れていることが分かった。更にフッ素樹脂と
して熱変形温度の高いものを使用したことにより、従来
用いられていたポリフッ化ビニルに比べ高温でのモジュ
ール表面の変形を抑えることができた。一方、屋外での
過酷な条件での使用を想定した温度サイクルテスト、温
湿度サイクルテストでも、何等外観上の変化を示さなか
った。
【００７９】なお、実施例では高透明なフッ素樹脂を用
いているために、紫外線吸収剤を同じく添加した比較例
３のポリフッ化ビニルよりも光透過率が高く、初期変換
効率において優れているのも特筆すべき点である。
【００８０】なお、本発明に係わる太陽電池モジュール
は以上の実施例に何等限定されるものではなく、その要
旨の範囲内で種々変更することができる。
【００８１】
【発明の効果】本発明の太陽電池モジュールでは、光起
電力素子の光入射側表面に設けられる被覆材が、有機樹
脂よりなる充填材とフッ素樹脂よりなる表面フィルムと
の少なくとも２層以上から構成される太陽電池モジュー
ルにおいて、表面フィルムが紫外線吸収剤を含有する構
成としたので、表面フィルムにより充填材樹脂の劣化の
原因となる紫外線を吸収できる。そしてこの結果、表面
フィルムのフッ素樹脂が本来持つ耐候性・耐汚染性・耐
熱性と充填材の耐候（光）性を高い次元で両立させるこ
とができ、特に屋外使用下での太陽電池モジュールの長
期信頼性を著しく向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した太陽電池モジュールの一例の
概略を示した断面図である。
【図２】図１の太陽電池モジュールで使用する光起電力
素子の一例の概略の基本構成を示したもので、（ａ）は
断面図、（ｂ）は受光面側における上面図である。
【図３】実施例１の太陽電池モジュールの概略を示した
断面図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールの一例の概略を示し
た断面図である。
【符号の説明】
１０１，３０１，４０１ 光起電力素子、 １０２，３０２ａ 表面充填材、 １０３，３０３ 表面フィルム、 １０４，３０２ｂ 裏面充填材、 １０５，３０３ 裏面被覆フィルム、 １０６，３０４ 補強板、 ２０１ 導電性基体、 ２０２ 裏面反射層、 ２０３ 半導体光活性層、 ２０４ 透明導電層、 ２０５ 集電電極、 ２０６ａ，３０５ａ プラス側出力端子、 ２０６ｂ，３０５ｂ マイナス側出力端子、 ２０７ 導電性接着剤、 ２０８ 半田、 ２０９ 絶縁体、 ３０６ 端子取り出し口、 ４０２ 熱可塑性透明有機樹脂、 ４０３ フッ化物重合体薄膜層、 ４０４ 絶縁体層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 聡 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小森 綾子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−273780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−19780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−1263（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16388（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−191747（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3411050（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光起電力素子の光入射側表面に設けられ
    る被覆材が、有機樹脂よりなる充填材と、フッ素樹脂よ
    りなる表面フィルムとの少なくとも２層以上から構成さ
    れる太陽電池モジュールの製造方法において、フッ素樹
    脂をフィルムとして成形した後にこのフィルムに紫外線
    吸収剤を添加して紫外線吸収剤含有フィルムとし、次
    に、紫外線吸収剤を含有する充填材及び前記紫外線吸収
    剤含有フィルムを光起電力素子の光入射側表面に設ける
    ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記表面フィルムにおけるフッ素含有量
    が、４０乃至６０重量％であることを特徴とする請求項
    １記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記表面フィルムの光透過率が３００乃
    至３５０ｎｍの波長で５０％以下、４００乃至１０００
    ｎｍの波長で９０％以上になるように前記紫外線吸収剤
    が添加されていることを特徴とする請求項１記載の太陽
    電池モジュールの製造方法。
  4. 【請求項４】 前記表面フィルムの４．６ｋｇ／ｃｍ2
    圧力下における熱変形温度が、７０℃以上であることを
    特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記表面フィルムが、エチレン−四フッ
    化エチレン共重合体あるいはポリ三フッ化塩化エチレン
    樹脂、あるいはエチレン−三フッ化塩化エチレン共重合
    体、あるいは四フッ化エチレン−パーフルオロアルキル
    ビニルエーテル共重合体、あるいは四フッ化エチレン−
    六フッ化プロピレン共重合体からなることを特徴とする
    請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記紫外線吸収剤が、分子量３００以上
    のべンゾフェノン誘導体であることを特徴とする請求項
    １記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記紫外線吸収剤が、分子量３００以上
    のべンゾトリアゾール誘導体であることを特徴とする請
    求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  8. 【請求項８】 前記光起電力素子が、導電性基体上に光
    変換部材としての半導体光活性層、透明導電層が形成さ
    れたものであることを特徴とする請求項１記載の太陽電
    池モジュールの製造方法。
  9. 【請求項９】 前記半導体光活性層が、非晶質半導体薄
    膜であることを特徴とする請求項８記載の太陽電池モジ
    ュールの製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記非晶質半導体薄膜がアモルファス
    シリコンであることを特徴とする請求項９に記載の太陽
    電池モジュールの製造方法。
  11. 【請求項１１】 裏面に補強材を有することを特徴とす
    る請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  12. 【請求項１２】 補強材は鋼板、プラスチック板、ＦＲ
    Ｐ板から選ばれる一種であることを特徴とする請求項１
    １記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  13. 【請求項１３】 表面フィルムは、紫外線吸収剤を溶解
    した有機溶剤にフッ素樹脂フィルムを浸漬することによ
    り、該紫外線吸収剤を前記フッ素樹脂フィルム中に拡散
    させてなる紫外線吸収剤含有フィルムであることを特徴
    とする請求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  14. 【請求項１４】 表面フィルムは、紫外線吸収剤を含有
    する蒸気にフッ素樹脂フィルムを晒すことにより、該紫
    外線吸収剤を前記フッ素樹脂フィルム中に拡散させてな
    る紫外線吸収剤含有フィルムであることを特徴とする請
    求項１記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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