JP2890956B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池モジュール

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JP2890956B2
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宏正 平松
外幸 北村
幹夫 室園
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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関
し、特に化合物半導体太陽電池に用いる太陽電池モジュ
ールに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、石油などの化石燃料の枯渇の問
題、チェルノブイリ原発事故からの原子力発電に対する
安全性の問題などから、クリーンでかつ安全性の高い太
陽光発電への期待が高まっている。このような中で、太
陽電池を実用化する上で、屋外での長期信頼性の問題、
太陽電池の低コスト化の問題が現在真剣に検討されてい
る。
【0003】太陽電池で現在実用化しているものとし
て、結晶系シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太
陽電池、化合物半導体太陽電池がある。結晶系シリコン
太陽電池は、シリコン半導体結晶の価格が高いために、
今後大幅な低コスト化をすることは難しく、アモルファ
スシリコン太陽電池は屋外光、特に太陽光を照射すると
劣化することがわかっている。化合物半導体太陽電池
は、例えば現在商品化されているCdS/CdTe太陽
電池を例に上げると、屋外光照射での出力低下はなく、
構成材料が化合物半導体であることから、原材料価格は
他の2種類の太陽電池に比べて低い。このような理由か
ら、化合物半導体太陽電池の実用化への取り組みは世界
各国で積極的に取り組まれている。
【0004】化合物半導体太陽電池の欠点として、1つ
は水分に弱いこと、2つめとして、真空雰囲気下で出力
が低下することが上げられる。
【0005】そこで、従来は、化合物半導体太陽電池を
屋外で使用する商品として、太陽電池モジュールを作製
する際は、太陽電池素子は、モジュール内に完全密閉す
る構造をとり、モジュール内に空間を設け、太陽電池素
子が常に空気に触れる構造を取っていた。図6におい
て、ガラス基板3上に化合物半導体太陽電池素子4を、
ガラス基板1周辺部に余白3aを残して形成し、金属製
裏面カバー5を太陽電池素子4周辺部に塗布したシール
材層9により接着し、太陽電池素子4を裏面カバー5、
ガラス基板3間に封入する構造をとっていた。金属製裏
面カバー5を用いた理由は、プラスチック樹脂製である
と水蒸気を完全に遮断できないためである。また、裏面
カバー5は箱状形態とし、モジュール内に空間8を設け
ている。シール材層9は、ガラス基板3と裏面カバー5
との熱膨脹係数の違いを緩和するため、シリコンシーラ
ンドなどの柔らかい材料を用いている。このモジュール
を屋外に設置すると、夏季にモジュール温度の上昇とと
もにモジュール内の空気の膨脹に伴いモジュール内圧が
上昇する。そこで、シール材が破壊されるのを防止する
目的で、モジュール周辺部にフレーム10を設け、ガラ
ス基板3と裏面カバー5間の間隔を一定に保つ構造をと
っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のモジュールで
は、ガラス基板3と裏面カバー5間の膨脹係数を緩和す
る目的でシリコンシーランドなどの柔らかい材料をシー
ル材層9に用いており、ガラス基板3と裏面カバー5間
も5mm〜10mmの間隔をあけて、膨脹収縮の際の応力を
緩和している。また、フレーム10により、ガラス基板
3と裏面カバー5の間隔を一定に保ち、モジュール内封
入空気の膨脹に伴いガラス基板3と裏面カバー5間の間
隔が広がるのを防止している。現在、太陽電池モジュー
ルは、色々な商品の電力供給源として用いられている
が、電卓などの使い方で代表されるように、部品として
用いられるケースが多く、とくにコンパクトで、低価格
のものが要求される。
【0007】従来のモジュールでは、上記に示したよう
に、厚さが15mm〜20mmあり周辺部にフレーム10を
付ける必要があるため、コンパクト性に欠けていた。ま
た、屋外長期信頼性のあるシール材は、シリコーンなど
があるが、価格が高くフレーム材料にも費用がかかるな
ど、コスト的にも問題があった。
【0008】また、モジュール内の相対湿度は、外部か
らの微量の水蒸気の浸入により、少しずつ上昇し、太陽
電池素子の特性を低下させる現象がみられた。
【0009】本発明は、このような課題を解決するもの
で、コンパクト性に優れ、低価格でかつ、長期信頼性に
優れた太陽電池モジュールを供給することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ため本発明の太陽電池モジュールは、表面のカバーフィ
ルムと裏面カバー間に太陽電池素子を封入固定し、ま
た、空気中の水分による太陽電池素子の劣化を防ぐた
め、モジュール内に乾燥剤を封入し、太陽電池素子を一
定湿度下に設置する構造としたものである。
【0011】
【作用】この構成により、カバーフィルムが水蒸気遮断
性を有するため、モジュール内にいっさい水分を浸入さ
せないことにより長期間太陽電池の光電特性を劣下させ
ることがなく、またカバーフイルムが高い引張強度を有
するため、太陽電池受光面に石などの剛体が衝突し、ガ
ラス基板が破損しても、カバーフィルム自体が破損しな
いことにより、ガラス基板の破片および太陽電池素子の
構成物質であるCdS、CdTeなどが飛散することは
ない。
【0012】また、フレームによりモジュール周辺部を
固定保護する必要がないため、モジュールの厚さを7mm
以下のコンパクトなものにすることとなる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例の太陽電池モジュー
ルについて図面を基にして説明する。図1において、1
はカバーフィルム、2は接着剤層、3はガラス基板、4
はCdS/CdTe系太陽電池素子、5は裏面カバー、
6はリード線、7は電極端子、8はモジュール内空間、
15は乾燥剤を示す。裏面カバー5上に太陽電池素子4
を形成したガラス基板3を設置し、ガラス基板3の太陽
電池受光面上に接着剤層2としてエチレンビニールアセ
テート(EVA)樹脂フィルムを設置し、さらにその上
にカバーフィルム1を設置し、熱圧着により、カバーフ
ィルム1と、裏面カバー5の周辺部、およびガラス基板
3を一体化させる。この際、カバーフィルム1と接着剤
層2の間、接着剤層2とガラス基板3および裏面カバー
5周辺部の間に空気が残留する可能性があり、空気の残
留により、長期間経過後における接着の信頼性が低下す
る。そで、熱圧着させる際、空気が残留しないように圧
着処理する必要がある。真空中で熱圧着処理を行う場合
は、モジュール内空間8も真空になるため、裏面カバー
5の一部に孔を開けておき、真空熱処理後、モジュール
内空間に空気を入れ、その後孔を封止させる。
【0014】カバーフィルム1は、太陽電池素子4を外
気中の水分から遮断する役割と、ガラス基板3の破損時
の飛散を防止する役割を持っている。カバーフィルム1
は、外気中に含まれている水分を遮断するため、図2に
示すように、水蒸気遮断性を有するフィルム13と太陽
光からの紫外線に耐える耐候性フィルム11と機械的強
度の高い高強度フィルム14との積層構造となってい
る。
【0015】耐候性フィルム11としては、ふっ素系の
フィルムが最も優れており、アクリル系、ポリエステル
系フィルムも使用可能である。
【0016】水蒸気遮断性を有するフィルムとしては、
樹脂フィルム自体の特性でその性質を有するフィルム
と、樹脂フィルム表面に水蒸気遮断性物質をコートした
フィルムがあり、そのどちらを用いても良い。
【0017】機械的強度に優れたフィルムとしては、一
般的には、ポリエステルフィルムがあるが、光線透過率
が優れておれば、他の樹脂フィルムでも良い。
【0018】図3,図4に、水蒸気遮断性のフィルムを
用いた場合と一般の樹脂フィルムを用いた場合の強制劣
化試験の結果を示す。図3は、高温高湿度試験での光電
特性変化を示し、図4は、温湿度サイクル試験での試験
結果を示す。両試験とも一般樹脂フィルムの場合は、モ
ジュール内に水分が浸入し、太陽電池素子の光電特性劣
化が認められた。一方、水蒸気遮断フィルムを用いたモ
ジュールはモジュール内に水分の浸入はいっさい認めら
れず、光電特性の劣化も認められなかった。以上の結果
から、水蒸気遮断性のフィルムを用いたモジュールは、
屋外の厳しい自然環境下においても長期にわたり光電特
性の劣化が極めて少ないことが予想される。また、本実
施例の太陽電池モジュールは、フレームによりモジュー
ル周辺部を固定保護する必要がないため、モジュールの
厚さを7mm以下のコンパクトなものにすることができ
る。本実施例で示した太陽電池素子4は、CdS/Cd
Te系太陽電池であり、Cd,Teの重金属を含んでい
る。太陽電池受光面に石などの剛体で衝突し、ガラス基
板3が破損しても、カバーフィルム1は樹脂フィルム1
4が引張強度の高いフィルムを用いているため、フィル
ム自体が破損せず、ガラス基板3の破片および太陽電池
素子の構成物質であるCd,Tcが飛散することはな
い。
【0019】水蒸気を遮断し、かつ紫外線にも強いフィ
ルムとして、ふっ素系のフィルムが現在開発されている
が、樹脂フィルムの機械的強度が充分であれば、その場
合は、単層フィルムでもかまわない。
【0020】乾燥剤15は、モジュール内の内部空間の
湿度を30%以下に保つ役割を有している。乾燥剤とし
ては、水分を吸収するものであれば、どのようなものを
用いてもかまわないが、本実施例では、シリカゲルを用
いた。シリカゲル以外では例えばゼオライト(モレキュ
ラーシーブ)、酸化カルシウムなどがある。
【0021】図5に、本実施例による太陽電池モジュー
ル内に、シリカゲルを入れた場合と入れない場合の高温
高湿度下での太陽電池素子の光電特性変化を示す。
【0022】図5に示すように、シリカゲルを封入する
ことによって、太陽電池素子の特性の変化は高温高湿度
試験で、6000時間の試験時間で、シリカゲル封入し
たモジュールの太陽電池素子の特性劣化は封入しないも
のに比べて約5%少ないことが判明した。
【0023】なお、本実施例では、ガラス基板3上にC
dS/CdTe系太陽電池素子を形成した場合について
述べたが、他の系の薄膜太陽電池素子についても本発明
を適用できる。
【0024】
【発明の効果】以上の実施例の説明で明らかなように、
本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池素子を
外気から完全に遮断することができ、太陽電池モジュー
ルを屋外に長期間保存しても、水分の浸入による太陽電
池素子の劣化を生じないことが予想される。さらに、乾
燥剤を封入させることにより、モジュール内の相対湿度
を長期間一定に保持させることができるため、太陽電池
モジュールの設置時間による特性低下を少なくすること
ができる。また、石などの剛体が太陽電池モジュールの
受光面に当たっても、ガラスおよび、太陽電池素子構成
物質であるCd,Teなどの重金属が飛散する心配がな
いため、きわめて安全性の高い太陽電池モジュールを市
場へ供給することができる。さらに、フレームによりモ
ジュール周辺部を固定保護する必要がないため、材料コ
ストが低減でき、さらにコンパクトであるなどの数々の
特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の太陽電池モジュールの構成
を示す断面略図
【図2】同、カバーフィルムの構成を示す断面略図
【図3】同、高温高湿度試験結果を示すグラフ
【図4】同、温湿度サイクル試験結果を示すグラフ
【図5】同、シリカゲル封入モジュールの高温高湿度試
験結果を示すグラフ
【図6】従来の太陽電池モジュールの構成を示す断面略
【符号の説明】
1 カバーフィルム 2 接着剤層 3 ガラス基板 4 太陽電池素子 5 裏面カバー
フロントページの続き (72)発明者 室園 幹夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−293778(JP,A) 特開 平1−223778(JP,A) 特開 昭61−80874(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/042

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カバーフィルムと箱形中空状の裏面カバー
    とガラス基板上に形成した化合物半導体太陽電池素子を
    主体として構成する太陽電池モジュールであって、前記
    太陽電池素子を形成した前記ガラス基板を前記裏面カバ
    ーと前記カバーフィルム間に設置し、ガラス基板の受光
    面と前記カバーフィルムを接着固定し、さらに、カバー
    フィルム周辺部と裏面カバー周辺部を接着することによ
    り、前記カバーフィルム、裏面カバー間に前記太陽電池
    素子を封入固定した太陽電池モジュール。
  2. 【請求項2】カバーフィルムが耐紫外線フィルムと、水
    蒸気遮断性を有するフィルムと、高強度フィルムのなか
    で少なくとも2種類以上のフィルムの積層体からなる請
    求項1記載の太陽電池モジュール。
  3. 【請求項3】カバーフィルムと、箱形中空状の裏面カバ
    ーと乾燥剤とガラス基板上に形成した化合物半導体太陽
    電池素子を主体として構成する太陽電池モジュールであ
    って、箱型中空状の裏面カバー内側に乾燥剤を設置し、
    さらに、前記太陽電池素子を形成したガラス基板を前記
    裏面カバーとカバーフィルム間に設置し、ガラス基板の
    受光面と前記カバーフィルムを接着固定し、さらにカバ
    ーフィルム周辺部と裏面カバー周辺部を接着することに
    より、前記カバーフィルム、裏面カバー間に前記太陽電
    池素子を封入固定した太陽電池モジュール。
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