JP2915327B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池モジュール及びその製造方法Info
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Description
および太陽電池モジュールの製造方法に係わり、特に、
封止材樹脂を介して透明な表面部材と裏面部材とで光起
電力素子を被覆した太陽電池モジュールおよび太陽電池
モジュールの製造方法に関する。
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益々強まっている。太陽電
池は現在のところ、その安全性と扱い易さから、クリー
ンなエネルギー源として期待のもてるものということが
できる。
に示す。ここで、601は光起電力素子、603は透明
な表面部材、604は裏面部材、602は封止材樹脂で
ある。透明な表面部材はガラスが最も多く用いられてい
る。しかし、最近では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のように、耐衝撃性、フレキシ
ブル性に富んだ太陽電池モジュールも、その軽量性、低
コストなどの点から重要性を増しつつある。光起電力素
子を用いて表面部材をフッ素樹脂フィルムのような高耐
候性フィルムで被覆する太陽電池モジュールの裏面部材
は、通常絶縁性に優れた材料が用いられる。ナイロンフ
ィルム、ポリエステルフィルムなどの樹脂フィルムや防
湿性、耐候性が要求される場合は、代表的にはアルミラ
ミネートテドラーフィルムなどが用いられる。
埋めてさらに表面部材、裏面部材と素子を接着するため
のものであり、透明な熱可塑性有機樹脂が一般的に用い
られる。例えばポリビニルブチラール樹脂(以下PV
B)やエチレン−酢酸ビニル共重合体(以下EVA)が
代表的である。中でもEVAは、1)コストが安い、
2)取り扱いが容易、3)架橋による耐熱性の向上が可
能、4)長期屋外暴露に対する耐久性が高いなどの理由
で急速に普及している。
部材を貼り合わせて太陽電池モジュールを製造するには
二重真空室方式によるのが一般的である。図7は二重真
空室方式によるラミネーターの一例であり、701は下
室、702は上室、703はシリコンゴムシート、70
5はヒーターである。この装置を用いた太陽電池モジュ
ールの製造は以下の工程で行われる。ただし、封止材樹
脂として架橋型EVAを用いた場合である。 太陽電池モジュール積層体709を下室に置く。 上室、下室ともに排気する。 封止材樹脂が溶融する温度にヒーターで加熱する。た
だし、EVAの架橋反応は起こらないような温度にする
必要がある。 下室を排気したまま上室を大気圧に戻して積層体を圧
着する。 EVAが架橋反応を起こす温度まで加熱し、架橋が終
了するまでその温度を保持する。 冷却後、モジュールを取り出す。これにより、図6に
示すような太陽電池モジュールを得ることができる。
モジュールを製造することができる。一重真空室方式と
は、二重真空室方式の上室がないものでありその装置の
一例を図8に示す。ここで801は金属プレート、80
2はシリゴンゴムシート、803はヒーターである。こ
の装置を用いた場合の太陽電池モジュールの製造方法は
以下の通りである。 太陽電池モジュール積層体806をプレート上に置
く。 シリコンゴムシートを重ねる。 プレート表面に開いた排気口804より排気し、シリ
コンゴムシートをプレートに吸い付かせて積層体を圧着
する。 EVAが架橋反応を起こす温度まで加熱し、架橋が終
了するまでその温度を保持する。 冷却後、モジュールを取り出す。
り排気と同時に積層体が圧着される。このため、積層体
の隙間から空気が逃げ難くなり、ラミネート後のモジュ
ールに気泡残りが発生して外観不良となり易い。そこ
で、一重真空室方式で貼り合わせる場合には、積層体中
に不織布を挿入することによりこの問題を解決すること
がしばしば行われる。そのような積層体の一例を図9に
示す。この例ではガラス繊維不織布902を脱気を助け
る目的で挿入している。すなわち、不織布中の空隙を伝
って積層体中の空気を逃がすことにより、モジュールの
気泡残りの問題を改善できる。さらにガラスは、光屈折
率がEVAとほとんど同じであり、ガラス繊維不織布を
光起電力素子の受光面側に挿入したとしても光散乱によ
る光量損失が無く、またガラス繊維は耐候性にも優れて
いるので好適に用いられている。
製造方法ではなお脱気不良でモジュールに気泡が残存す
ることがある。この問題は一重真空室方式で特に顕著で
あり、ガラス繊維不織布を挿入したとしてもモジュール
が大きい場合には気泡残りにより外観不良となり易く、
太陽電池モジュール製造工程の歩留を下げる要因とな
る。この原因としては、モジュール積層体が大きくなる
ことにより積層体間隙の空気を排気する為の排気抵抗が
上昇し、短い排気時間では積層体全面の空気を十分に抜
くことができないことが考えられる。
た太陽電池モジュールの信頼性を評価する為に温度サイ
クル試験、温湿度サイクル試験、屋外暴露試験を行うと
フッ素樹脂フィルムに剥離が生ずることがある。フッ素
樹脂フィルムには通常封止材樹脂との接着力を向上させ
る為にコロナ放電処理が施されている。しかし、それで
もなお接着力が弱い為に上記試験で剥離が生ずる。この
原因の一つに製造工程中における貼り合わせ時の真空度
がある。すなわち、EVAとフッ素樹脂フィルムとの接
着機構の一つとして、コロナ放電処理により活性化され
たフッ素樹脂表面とEVAとの間に架橋剤によって供給
されるラジカルにより共有結合が生成することが考えら
れる。貼り合わせ工程中の真空度が低いと残存する酸素
によりラジカルの生成が阻害され、上述したEVAとフ
ッ素樹脂間の結合ができ難くなる。また、ラジカルの生
成が阻害され、EVAの架橋自体も不十分になり、高温
使用下で軟化し易くなり、剥離は一層起こり易くなる。
使用状況において、表面部材の剥離の生じ難い太陽電池
モジュールを提供することを目的とする。さらに、封止
樹脂中の気泡残りにより外観不良になることが無く、モ
ジュール製造工程における歩留を向上させる太陽電池モ
ジュールの製造方法を提供することを目的とする。
め、本発明の太陽電池モジュールは、表面部材と裏面部
材との間に光起電力素子と封止材樹脂とを有する積層体
を、加熱を開始する前に5Torr以下の真空度で5分
乃至40分間保持した後、5Torr以下の真空度にお
いて加熱圧着し、該加熱圧着後に冷却して貼り合わせる
ことによって製造されたことを特徴としている。
布と有機樹脂繊維不織布のいずれか一方あるいは両方
が、少なくとも1枚以上挿入されるとよい。
配する封止材樹脂をエチレン−酢酸ビニル共重合体(E
VA)、表面部材を透明なフッ化物重合体フィルム、エ
チレンー酢酸ビニル共重合体(EVA)を有機過酸化物
によって架橋し、フッ化物重合体フィルムをエチレン−
テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)とすると
よい。なお、このフッ化物重合体フィルムが封止材樹脂
と接する面に、コロナ放電処理を施すとよい。
は、光起電力素子を封止材樹脂を介して表面部材と裏面
部材との間に積層した積層体を脱気しながら加熱圧着し
て貼り合わせる太陽電池モジュールの製造方法におい
て、前記積層体を、加熱を開始する前に5Torr以下
の真空度で5分乃至40分間保持する予備真空引き工程
と、前記真空引き工程の後、前記積層体を5Torr以
下の真空度において加熱圧着する工程と、前記加熱圧着
工程の後、前記積層体を冷却して貼り合わせる工程と、
からなることを特徴としている。
プレートとシリコンゴムシートとの間に挟持し、該プレ
ートとシリコンゴムシートとの間の空間を真空引きし、
真空引き工程と加熱圧着工程と冷却して貼り合わせる工
程では、シリコンゴムシートで積層体を一重真空室方式
により圧着するとよい。また、前記積層体中に、ガラス
繊維不織布と有機樹脂繊維不織布のいずれか一方あるい
は両方が、少なくとも1枚以上挿入するとよい。さら
に、前記光起電力素子と前記表面部材との間に配する前
記封止材樹脂は、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EV
A)であるとよい。また、前記エチレン−酢酸ビニル共
重合体(EVA)は、有機過酸化物によって架橋されて
いると好ましい。
池モジュールの製造方法は、表面部材と裏面部材との間
に光起電力素子と封止材樹脂とを有する積層体を、加熱
を開始する前に5Torr以下の真空度で5分乃至40
分間保持した後、5Torr以下の真空度において加熱
圧着し、加熱圧着後に冷却して貼り合わせることによっ
て製造することを構成とする。この構成によれば以下が
期待される。
体間隙の空気が十分に排気される。 (2)封止材樹脂が有機過酸化物によって架橋される場
合、表面部材と封止材樹脂間での共有結合の生成あるい
は封止材樹脂自体の架橋が酸素によって阻害されること
がない。故に、表面部材と封止材樹脂の接着力に優れ、
また高温使用下でも封止材樹脂が軟化して表面部材が剥
離し難くなる。
ジュールの概略構成図を示す。図1に於いて、101は
光起電力素子、102は表面の透明な封止材樹脂、10
3は最表面に位置する透明な表面部材、104は裏面の
封止材樹脂、105は裏面部材である。外部からの光
は、表面部材103から入射し、光起電力素子101に
到達し、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。
リコン太陽電池、2)多結晶シリコン太陽電池、3)ア
モルファスシリコン太陽電池、4)銅インジウムセレナ
イド太陽電池、5)化合物半導体太陽電池など、従来公
知な素子を目的に応じて種々選択して用いて良い。ここ
ではその一例として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が形成されたものについて
説明する。概略構成図を図2に示すが、この図に於いて
201は導電性基体、202は裏面反射層、203は半
導体光活性層、204は透明導電層、205は集電電
極、206は出力端子である。
になると同時に下部電極の役割も果たす。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。上記導電性基体上には裏面
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。金属
層には、例えば、Ti,Cr,Mo,W,Al,Ag,
Niなどが用いられ、金属酸化物層には、例えば、Zn
O,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。
分である。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/Cu
2S,CdS/CdTe,CdS/InP,CdTe/
Cu2Teをはじめとする化合物半導体などが挙げられ
る。上記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か非晶質シリコ
ンの熱処理、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、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、電析法などがある。
の役目を果たしている。用いる材料としては、例えば、
In2O3,SnO2,In2O3−SnO2(ITO),Z
nO,TiO2,Cd2SnO,高濃度不純物をドープし
た結晶性半導体層などがある。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
散法などがある。
るために、格子状の集電電極205(グリッド)を設け
てもよい。集電電極の具体的な材料としては、例えば、
Ti,Cr,Mo,W,Al,Ag,Ni,Cu,S
n、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。集電電極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あ
る。
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
ェノールなどの樹脂が挙げられる。
206を導電性基体と集電電極に取り付ける。導電性基
体へは銅タブ等の金属体をスポット溶接や半田で接合す
る方法が取られ、集電電極へ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取られる。
望する電圧あるいは電流に応じて直列か並列に接続され
る。また、これとは別に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。
び表面封止材102について以下に詳しく説明する。
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。したがって、耐候性、
接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、耐衝撃性が要求され
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)、ポリビニル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、シリコーン樹
脂、フッ素樹脂などが挙げられる。中でも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。ただ、そのままでは熱変形温度が低い
ために容易に高温使用下で変形やクリープを呈するの
で、架橋して耐熱性を高めておくことが望ましい。
が一般的である。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。有機過酸化物の化
学構造の具体例としては、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、
ぺルオキシケタール、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などが挙げられ
る。なお、有機過酸化物の添加量は封止材樹脂100重
量部に対して0.5乃至5重量部である。
下で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することができる。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。封止材樹脂の架橋
を確かめるにはゲル分率を測定すれば良く、高温下での
封止材樹脂の変形を防ぐためにはゲル分率が70wt%
以上となるように架橋することが望ましい。
橋助剤と呼ばれるトリアリルイソシアヌレート(TAI
C)を用いることも可能である。一般には封止材樹脂1
00重量部に対して1乃至5重量部の添加量である。
性において優れたものである。しかし更なる耐候性の改
良あるいは封止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。しかし、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。具体的には、サリチル酸系、ベンゾフェノン
系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系の各
種有機化合物を挙げることができる。
加すれば光に対してより安定な封止材となる。代表的な
光安定化剤はヒンダードアミン系光安定化剤である。ヒ
ンダードアミン系光安定化剤は紫外線吸収剤のようには
紫外線を吸収しない。しかし、紫外線吸収剤と併用する
ことによって著しい相乗効果を示す。勿論、ヒンダード
アミン系以外にも光安定化剤として機能するものはあ
る。但し、着色している場合が多く本発明の封止材には
望ましくない。
量は、封止材樹脂に対してそれぞれ0.1〜1.0wt
%、0.05〜1.0wt%が望ましい。
化防止剤を添加することも可能である。酸化防止剤の化
学構造としては、モノフェノール系、ビスフェノール
系、高分子型フェノール系、硫黄系、燐酸系がある。酸
化防止剤の添加量は充填材樹脂に対して0.05〜1.
0wt%であることが好ましい。
使用が想定される場合には、封止材と光起電力素子ある
いは表面部材との接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を封止材に
添加することで、前記接着力を改善することが可能であ
る。添加量は、封止材樹脂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。
をなるべく抑えるために、表面封止材は透明でなくては
ならず、具体的には光透過率が400nm以上800n
m以下の可視光波長領域において80%以上であること
が望ましく、90%以上であることがより望ましい。ま
た、大気からの光の入射を容易にするために、摂氏25
度における屈折率が1.1から2.0であることが好ま
しく、1.1から1.6であることがより好ましい。
に成型した太陽電池用のEVAシートが市販されてい
る。例えば、ハイシート工業(株)製のソーラーEVA
や(株)ブリヂストン製のEVASAFE WGシリーズやス
プリングボーンラボラトリー社製のPHOTOCAPな
どである。これらを光起電力素子と表面部材との間に挿
入し、加熱圧着することにより容易に太陽電池モジュー
ルを作製できる。
陽電池モジュールの最表層に位置するため透明性、耐侯
性、耐汚染性、機械強度をはじめとして、太陽電池モジ
ュールの屋外暴露における長期信頼性を確保するための
性能が必要である。本発明に好適に用いられる材料とし
ては、白板強化ガラス、フッ素樹脂フィルム、アクリル
樹脂フィルムなどがある。白板強化ガラスは透明性が高
く衝撃にも強くて割れ難いため、太陽電池モジュールの
表面部材として広く用いられている。
レキシブル性が求められる場合も多く、そのような場合
には樹脂フィルムが表面部材として用いられる。中でも
フッ素樹脂フィルムは、耐候性、耐汚染性に優れている
ため好んで用いられる。具体的には、ポリフッ化ビニリ
デン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂あるいは四フッ化エチ
レン−エチレン共重合体などがある。耐候性の観点では
ポリフッ化ビニリデン樹脂が優れているが、耐候性およ
び機械的強度の両立と透明性では四フッ化エチレン−エ
チレン共重合体が優れている。
保のためにある程度厚くなければならない。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る。具体的
には、20乃至200μmが好ましく、30乃至100
μmがより好適である。
に、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、UV照
射、電子線照射、火炎処理等の表面処理を、樹脂フィル
ムの片面に行うことが望ましい。この中でもコロナ放電
処理は、処理速度が速く比較的簡易な装置で接着力の大
きな向上が図れるので好適に用いられる。
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。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。好適に
用いられるフィルムとしては、ナイロン、ポリエチレン
テレフタレートが挙げられる。
と裏面部材105との接着を図るためのものである。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。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等のホッ
トメルト材、両面テープ、柔軟性を有するエポキシ接着
剤が挙げられる。勿論、表面封止材と同じ材料を用いる
ことも可能であり、通常はそのような場合が多い。すな
わち、上述した架橋EVAを裏面にも用いるのが一般的
である。
の機械的強度を増すために、あるいは温度変化による
歪、反りを防止するために、補強板を貼り付けても良
い。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)板が好ましい。
材、裏面部材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。
電力素子受光面を被覆するには、シート状に成型した封
止材を作製し、これを素子に加熱圧着する方法が一般的
である。すなわち、光起電力素子と表面部材の間に封止
材シートを挿入して加熱圧着し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・時間をもって決定
する。また、裏面についても同様な方法で裏面部材と裏
面封止材を用いて被覆を行えばよい。通常は表面封止材
と裏面封止材は同じ材料であり同時に行うことができ
る。
空加熱圧着法が用いられる。真空加熱圧着法には二重真
空室方式と一重真空室方式とがある。ここでは一重真空
室方式の一例について図3を用いて詳しく説明する。
面部材904、裏面部材905、封止材シート903を
重ねて太陽電池モジュール積層体900とする。この
際、ガラス繊維不織布ないしは有機樹脂繊維不織布(9
02)を少なくとも一枚以上挿入する。より好ましく
は、表面と裏面それぞれに一枚以上挿入する。図9では
不織布902を封止材シート903と素子901との間
に表裏一枚ずつ挿入している。不織布902は、真空引
き工程における積層体間隙の空気の排気を助けるととも
に、加熱工程でEVAに含浸されることによりEVAが
溶融してモジュール端に流れて出してしまうのを防ぐ働
きがある。さらに、EVA中に含浸されることによりE
VAの補強材として機能するので、表面部材がフィルム
であるような場合には、表面の傷が素子にまで及び難く
するという付随的効果も合わせ持つ。
レート上に置きシリコンラバーシートを重ねる。この
後、以下の工程によって積層体を貼り合わせる。 (第一工程)プレートの排気口から排気してシリコンラ
バーシートで積層体を圧着する。(図3(b)) (第二工程)プレートをEVAが架橋反応を起こす温度
まで加熱し、架橋が終了するまでその温度を保持する。 (第三工程)冷却後、モジュールを取り出す。
在する空間の真空度は5Torr以下である。より好ま
しくは1Torr以下である。真空度が5Torrを越
えると、第一工程の時間を長くしても貼り合わせ後に封
止材中に気泡が残留し易くなる。また、第一工程の時間
は好ましくは5分乃至40分である。より好ましくは1
0分乃至30分である。第一工程の時間が5分未満であ
ると積層体間隙の排気が不十分となり真空度が5Tor
r以下でも気泡が残留し易くなる。一方、第一工程が4
0分を越えると貼り合わせ工程全体に要する時間が長く
なり生産性が低くなる。
る。 (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)を製作する。作製手順を
図2を用いて説明する。
ッタ法で裏面反射層202としてAl層(膜厚500n
m)とZnO層(膜厚500nm)を順次形成する。つ
いで、プラズマCVD法により、SiH4とPH3とH2
の混合ガスからn型a−Si層を、SiH4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層を形成し、n層膜厚
15nm/i層膜厚400nm/p層膜厚10nm/n
層膜厚10nm/i層膜厚80nm/p層膜厚10nm
の層構成のタンデム型a−Si光電変換半導体層203
を形成した。次に、透明導電層204として、In2O3
薄膜(膜厚70nm)を、O2雰囲気下でInを抵抗加
熱法で蒸着する事によって形成した。さらに、集電用の
グリッド電極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208を用いて取り
付け、プラス側端子206bとしては錫箔のテープを導
電性接着剤207にて集電電極に取り付け出力端子と
し、光起電力素子を得た。そしてこの素子を直列に接続
して外形寸法300mm×1200mmのセルブロック
とした。
電池モジュールを作製する方法を図4を用いて説明す
る。
(スプリングボーンラボラトリーズ社製、商標;フォト
キャップA9918、厚さ460μm)、片面をコロナ
放電処理したETFEフィルム403(デュポン社製、
商標;テフゼルフィルム、厚さ50μm)、ガラス繊維
不織布404(クレーン社製、商標;クレーンガラス2
30)、ナイロンフィルム405(デュポン社製、商
標;ダーテック、厚さ63.5μm)、ガルバリウム鋼
板406(大同鋼板社製、商標;タイマカラーGL、厚
さ0.27mm)をETFEフィルム/EVAシート/
ガラス繊維不織布/セルブロック/ガラス繊維不織布/
EVAシート/ナイロンフィルム/EVAシート/ガル
バリウム鋼板の順に重ねて積層体400とした。
装置のプレート上にETFEフイルム側を上にして置
き、シリコンラバーシートを重ねた。次いで、プレート
の排気口から真空ポンプを用いて排気しラバーをプレー
トに吸着させた。真空度5Torrで5分間排気した
後、プレートに埋め込んだヒータで加熱を開始し、15
0度に昇温してから30分間その温度を保持することに
よりEVAの溶融と架橋反応を行った。その後、ヒータ
ーを切りファンで風を送りプレートを40度程度にまで
冷却してから排気を止め太陽電池モジュールを取り出し
た。出力端子は予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。
池の封止材として広く用いられているものであり、EV
A樹脂(酢酸ビニル含有率33%)100重量部に対し
て架橋剤0.3重量部、紫外線吸収剤0.3重量部、光
安定化剤0.1重量部、酸化防止剤0.2重量部、シラ
ンカップリング剤0.25重量部を配合したものであ
る。
について後述する項目について評価を行った。
した素子をさらに並列に接続して600mm×1200
mmの外形寸法のセルブロックを作製し、これを用いて
太陽電池モジュールを作製した。また、積層体サイズが
大きくなることによる積層体間隙の排気抵抗の増大を考
慮して貼り合わせ、工程時における加熱開始前の排気時
間を10分間とした。それ以外は実施例1と同様であ
る。
と同様に作製した。それ以降を図5を用いて説明する。 〔モジュール化〕セルブロック501、EVAシート5
02(スプリングボーン・ラボラトリーズ社製、商標;
フォトキャップA9918、厚さ800ミクロン)、白
板強化ガラス503(AFG社製、商標;Solatex、厚
さ3.2mm)、ガラス繊維不織布504(クレーン社
製、商標;クレーンガラス230)、アルミラミネート
テドラーフィルム505(東海アルミ箔社製)をガラス
/ガラス繊維不織布/EVA/ガラス繊維不織布/EV
A/ガラス繊維不織布/セルブロック/ガラス繊維不織
布/EVA/アルミラミネートテドラーフィルムという
順に重ねて積層体500とし、一重真空室方式のラミネ
ート装置のプレート上にガラスが下になるように置い
た。
せを行い太陽電池モジュールを得た。出力端子は予め光
起電力素子裏面にまわしておき、ラミネート後、アルミ
ラミネートテドラーフィルム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。
方式のラミネート装置を用いて貼り合わせを行った。す
なわち、積層体を下室のプレート上にETFEフィルム
側を上にして置き、上室で蓋をした。次いで、上室と下
室を真空ポンプを用いて真空度5Torrで5分間排気
した後、プレートに埋め込んだヒータで加熱を開始し1
00℃まで昇温した。次に下室を排気したまま上室を大
気圧にもどし積層体を圧着した後、さらに150℃に昇
温して30分間その温度を保持することによりEVAの
溶融と架橋反応を行った。なおこの時の下室の真空度は
2Torrであった。その後、ヒーターを切り冷却水で
プレートを40度程度にまで冷却してから排気を止め太
陽電池モジュールを取り出した。その後は実施例1と同
様にして太陽電池モジュールを作製した。
ガラス繊維不織布を挿入しなかった。また不織布の積層
体間隙の脱気補助効果がなくなることを考慮して貼り合
わせ工程時における加熱開始前の排気時間を40分間と
した。それ以外は同様にして太陽電池モジュールを作製
した。
工程時における加熱開始前の排気時間を3分間とした。
工程時における加熱開始前及び加熱中の真空度を10T
orrとした。
工程時における加熱開始前の排気時間を50分間とし
た。
工程時における加熱開始前の排気時間を3分間とした。
工程時における加熱開始前の排気時間を3分間とした。
工程時における加熱開始前及び加熱中の真空度を10T
orrとした。
圧に戻す前までの上室と下室の真空度を15Torr、
上室を大気圧に戻した後の下室の真空度を10Torr
とした。
工程時における加熱開始前の排気時間を3分間とした。
で作製した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。また、貼り合わせ第一
行程と第二行程のそれぞれにおける積層体が存在する空
間の真空度、第一行程の時間、セルブロックの外形寸法
についても表1に示してある。
泡の数を数えた。気泡は肉眼で確認できるもの全てとし
た。
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。変化のないものを○とし、変化
のあったものはその状況を簡単にコメントした。
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。変化のないもの
を○とし、変化のあったものはその状況を簡単にコメン
トした。
モジュールはいずれも気泡残りの全くない外観上優れた
モジュールとすることができた。また、実施例のモジュ
ールはいずれも温度サイクル試験、温湿度サイクル試験
において問題は認められなかった。
5Torrを越えたり、第一工程の時間が5分末満であ
る比較例のモジュールではいずれも気泡残りが発生し
た。また表面部材にETFEフィルムを用いたモジュー
ルにおいて、貼り合わせ工程中の真空度が5Torrを
越えると、温度サイクル試験及び温湿度サイクル試験で
フィルムと封止材との界面で直径数mmの微小な剥離
(マイクロデラミ)が発生することが明らかとなった。
一方、第一工程の時間を50分とした比較例3では気泡
残りや信頼性試験での問題はないものの、生産性が著し
く低下し、実用的な貼り合わせ工程とは言い難かった。
きる。 (1)モジュール貼り合わせ工程終了後に封止材中に気
泡が残留し難くなる。すなわち、十分な真空引きによっ
て積層体間隙の空気が十分に排気され気泡の発生を抑制
できる。
試験、温湿度サイクル試験等の信頼性試験における表面
部材と封止材樹脂間での剥離の発生を少なくできた。す
なわち、積層体が存在する空間の真空度を5Torr以
下とするので封止材樹脂が有機過酸化物によって架橋さ
れる場合、表面部材と封止材樹脂間での共有結合の生成
あるいは封止材樹脂自体の架橋が酸素によって阻害され
難くなる。これにより、表面部材と封止材樹脂の接着力
が増し、信頼性を向上させることができる。
ラス繊維不織布と有機樹脂繊維不織布のいずれかあるい
は両方を少なくとも1枚以上挿入することによって、 (3)真空引きの効果をなお一層享受することができ
る。すなわち、積層体中に挿入された不織布が積層体間
隙の排気を助けるので、貼り合わせ後のモジュールに残
留する気泡の数をほぼ完全にゼロにすることができる。
と表面部材との間に配する封止材樹脂をエチレン−酢酸
ビニル共重合体(EVA)とすることによって、 (4)従来から太陽電池モジュールの封止材として最も
用いられている樹脂であり、現状の封止材構成を大きく
変更することなしに上述した効果を得ることができる。
(EVA)を有機過酸化物によって架橋することによっ
て、 (5)耐熱性に優れた封止材樹脂となる。すなわち、高
温使用下で封止材樹脂が軟化して表面部材が剥離した
り、封止材樹脂が流れ出すようなことがない。さらに、
酸素による架橋阻害を抑制できるので、(2)で述べた
理由で太陽電池モジュールの信頼性の向上がより顕著に
現れる。
リコンゴムシートとの間に挟持し、プレートとシリコン
ゴムシートとの間の空間を真空引きしてシリコンゴムシ
ートで積層体を圧着する。いわゆる、一重真空室方式で
あることによって、 (6)貼り合わせに用いるラミネーターの構造が簡単に
なり装置コストが安くなる。したがって、モジュールを
量産する場合に多額の設備投資を必要とせず、多くのラ
ミネーターを導入することができる。さらに、一重真空
室方式に本発明を適用すれば、真空引きの効果がより一
層明確なものとなる。すなわち、一重真空室方式では真
空引きと同時に積層体を圧着するため積層体の間隙が二
重真空室方式に比べて著しく狭くなり、排気抵抗が大き
くなる。したがって貼り合わせ後の残留気泡が極めて発
生し易いという問題を有しているが、本実施例によりそ
の問題を劇的に改善することができる。
ィルムであることによって、 (7)耐候性に優れた被覆となる。すなわち、封止材樹
脂と相まって、フッ化物重合体の有する耐候性が期待で
きる。
ラフルオロエチレン共重合体(ETFE)とすることに
よって、 (8)四フッ化エチレン−エチレン共重合体が有する耐
候性・透明性・機械的強度を生かした被覆となる。
する面にコロナ放電処理を施すことによって、 (9)封止材樹脂とフッ化物重合体フィルムとの接着力
を高めることができる。なお、上記実施例に係わる太陽
電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法は
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。
の太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造
方法は、表面部材と裏面部材との間に光起電力素子と封
止材樹脂とを有する積層体を、加熱を開始する前に5T
orr以下の真空度で5分乃至40分間保持した後、5
Torr以下の真空度において加熱圧着し、加熱圧着後
に冷却して貼り合わせることによって製造することを構
成とする。よって、真空引きが十分行なわれ積層体間隙
の空気が十分に排気されるため、気泡の発生が抑制され
る。封止材樹脂が有機過酸化物によって架橋される場
合、表面部材と封止材樹脂間での共有結合の生成あるい
は封止材樹脂自体の架橋が酸素によって阻害されること
がない。故に、表面部材と封止材樹脂の接着力に優れ、
また高温使用下でも封止材樹脂が軟化して表面部材が剥
離し難く、信頼性が向上する。
ジュールの製造方法に基づき製造される太陽電池モジュ
ールの概略断面図の一例である。
(a)が概略断面図、(b)が受光側上面図である。
造工程の一例を示す模式図である。
面図である。
面図である。
成を示す図である。
概略断面図の一例である。
概略断面図の一例である。
陽電池モジュール積層体、 303、708、805 O−リング、 305、706、707、804 排気口、 306 真空ポンプ、 401、501 セルブロック、 402、502 EVAシート、 403 ETFEフィルム、 404、504 ガラス繊維不織布、 405 ナイロンフィルム、 406 鋼板、 503 ガラス、 505 アルミラミネートテドラーフィルム、 602 封止材、 701 下室、 702 上室、 705、803 ヒーター、 902 不織布、 903 封止材シート。
Claims (12)
- 【請求項1】 表面部材と裏面部材との間に光起電力素
子と封止材樹脂とを有する積層体を、加熱を開始する前
に5Torr以下の真空度で5分乃至40分間保持した
後、5Torr以下の真空度において加熱圧着し、該加
熱圧着後に冷却して貼り合わせることによって製造され
たことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項2】 前記積層体中に、ガラス繊維不織布と有
機樹脂繊維不織布のいずれか一方あるいは両方が、少な
くとも1枚以上挿入されていることを特徴とする請求項
1に記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項3】 前記光起電力素子と前記表面部材との間
に配する前記封止材樹脂は、エチレン−酢酸ビニル共重
合体(EVA)であることを特徴とする請求項1に記載
の太陽電池モジュール。 - 【請求項4】 前記表面部材は、透明なフッ化物重合体
フィルムであることを特徴とする請求項1に記載の太陽
電池モジュール。 - 【請求項5】 前記エチレン−酢酸ビニル共重合体(E
VA)は、有機過酸化物によって架橋されていることを
特徴とする請求項3に記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項6】 前記フッ化物重合体フィルムは、エチレ
ン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)であ
ることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池モジュー
ル。 - 【請求項7】 前記フッ化物重合体フィルムが前記封止
材樹脂と接する面に、コロナ放電処理が施されているこ
とを特徴とする請求項4または6に記載の太陽電池モジ
ュール。 - 【請求項8】 光起電力素子を封止材樹脂を介して表面
部材と裏面部材との間に積層した積層体を脱気しながら
加熱圧着して貼り合わせる太陽電池モジュールの製造方
法において、前記積層体を、加熱を開始する前に5Torr以下の真
空度で 5分乃至40分間保持する予備真空引き工程と、前記 真空引き工程の後、前記積層体を5Torr以下の
真空度において加熱圧着する工程と、前記加熱圧着工程の後、前記積層体を冷却して貼り合わ
せる工程と、 からなる ことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方
法。 - 【請求項9】 前記加熱圧着工程では、前記積層体をプ
レートとシリコンゴムシートとの間に挟持し、該プレー
トとシリコンゴムシートとの間の空間を真空引きし、前
記真空引き工程と加熱圧着工程と冷却して貼り合わせる
工程では、前記シリコンゴムシートで前記積層体を一重
真空室方式により圧着することを特徴とする請求項8に
記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 【請求項10】 前記積層体中に、ガラス繊維不織布と
有機樹脂繊維不織布のいずれか一方あるいは両方が、少
なくとも1枚以上挿入されていることを特徴とする請求
項8に記載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 【請求項11】 前記光起電力素子と前記表面部材との
間に配する前記封止材樹脂は、エチレン−酢酸ビニル共
重合体(EVA)であることを特徴とする請求項8に記
載の太陽電池モジュールの製造方法。 - 【請求項12】 前記エチレン−酢酸ビニル共重合体
(EVA)は、有機過酸化物によって架橋されているこ
とを特徴とする請求項11に記載の太陽電池モジュール
の製造方法。
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